《新能源汽車技術》課件-燃料電池的構造與原理

燃料電池的結構與原理PART01學習目標目錄PART02學習準備PART03學習小結01020301學習目標學習目標目標123能說出燃料電池的種類；能描述燃料電池的結構；能敘述燃料電池的工作原理；02學習準備學習準備燃料電池概念：燃料電池（FuelCell，F(xiàn)C）是一種化學電池，它直接把物質發(fā)生化學反應時釋放出的能量變換為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給燃料和氧化劑。它是把燃料通過化學反應釋放出能量變?yōu)殡娔茌敵龅?，因此被稱為燃料電池。學習準備

燃料電池的種類根據(jù)電池電解液類型不同，可分為五類：

（1）質子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）其原理相當于水電解的“逆”裝置。陽極陰極的電化學反應為：2H2→4H++4e-

4e-+4H++O2→2H2O總電化學反應為：2H2+O2→2H2O質子交換膜的工作原理學習準備（2）堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）

該燃料電池以強堿（KOH、NaOH）為電解質，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑，采用Pt/C、Ag等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧電極，Pt-Pd/C、Pt/C、Ni制備的多孔氣體電極為氫電極。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為：

H2+2OH-→2H++2e-

O2+4H++4e-→2H2O總電化學反應為：

2H2+O2→2H2O堿性石棉膜型氫氧燃料電池的工作原理學習準備（3）磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell，PAFC）磷酸燃料電池是以磷酸為導電電解質的酸性燃料電池。磷酸燃料電池使用液化磷酸為電解質，通常位于碳化硅基質中。當以氫氣為燃料、氧氣為氧化劑時，在電池內發(fā)生電化學反應。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為：

H2→2H2O+2e-

O2+2H2O+4e-→4OH-總電化學反應為：

2H2+O2→2H2O磷酸燃料電池的工作原理學習準備（4）熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell，MCFC）熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。單體的熔融碳酸鹽燃料電池一般是平板型的，由電極-電解質、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為：H2+CO32-→H2O+CO2+2e-

O2+2CO2+4e-→2CO32-總電化學反應為：O2+2CO2+2H2→2CO2+2H2O熔融碳酸鹽燃料電池工作原理學習準備（5）固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC）固體電解質是固體氧化物燃料電池最核心的部件，它的主要功能在于傳導氧離子，它的性能（如電導率、穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、致密化溫度等）不但直接影響電池的工作溫度及轉換系數(shù)，還決定了與之相匹配的電極材料及其制備技術。固體氧化物燃料電池的基本組成陰極發(fā)生的電化學反應為：O2+4e-→2O2-陽極材料首選價格最低的NI/YSZ陶瓷合金。學習準備按運行機理分為：酸性燃料電池和堿性燃料電池按燃料類型分為：氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯等有機燃料和汽油、柴油、天然氣等氣體燃料。按工作溫度分為：低溫（200