燃料電池堆與燃料電池系統(tǒng)

按一下以編輯母片標(biāo)題樣式按一下以編輯母片副標(biāo)題樣式**1燃料電池堆燃料電池堆實(shí)驗(yàn)儀器2氣體鋼瓶3氣體流量控制器4測(cè)試系統(tǒng) (1)左為陽(yáng)極反應(yīng)物溫度,右為陰極。 (2)陽(yáng)極、整個(gè)電池、陰極的選擇鈕。(3)電池電勢(shì)指示器。(4)燃料電池測(cè)試裝置。5燃料電池堆示意圖單節(jié)電池6PEMFC單電池示意圖7燃料電池堆-自然進(jìn)氣18燃料電池堆-自然進(jìn)氣29燃料電池堆-流道按此回反應(yīng)氣體頁(yè)10燃料電池堆-組裝11燃料電池堆 以氫氧燃料電池為例,單電池的操作電壓大約在0.6～0.9V之間,所需之電壓往往高出單電池許多,為此需求必須將多個(gè)單電池串接起來(lái)形成燃料電池堆（fuelcellstack）,以提高輸出電壓。12電池堆的設(shè)計(jì)決定工作面積和串聯(lián)數(shù)目氣體分配問(wèn)題密封組裝13工作面積與串聯(lián)數(shù)目 首先必須根據(jù)使用者需求來(lái)決定單電池的工作面積和串聯(lián)數(shù)目,工作面積決定操作電流的大小,串聯(lián)數(shù)目決定操作電壓的高低。14串聯(lián)數(shù)目計(jì)算 以PEMFC為例，24V，600W，在的單電池操作電壓下電流密度大約200～800mA/cm2。 假設(shè)0.7V設(shè)，計(jì)50點(diǎn)0:mA/0c.m72V時(shí)，輸50出02m4AV/電cm壓2 要35節(jié)單電池串聯(lián)決。定數(shù)目:24V/0.7=35cells15工作面積計(jì)算25A÷500mA/cm2

=50cm2。 在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25A的電電流流，大因小此=6有00W效/2工4V作=25面A積為:電極面積=25A/500mA/cm2極

積=50cm2。16運(yùn)算結(jié)果 根據(jù)以上設(shè)計(jì),一個(gè)電極工作面積為50cm2,由35節(jié)單電池組成的電池堆,工作電壓為24.5±3.5V可以輸出525～700W的功率,符合要求。按此回電池設(shè)計(jì)頁(yè)17反應(yīng)氣體在各節(jié)的分配問(wèn)題 最佳的氣體分佈狀態(tài)是氣體平均的流入流出每個(gè)單電池,其設(shè)計(jì)原則之ㄧ是各單電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)務(wù)必一致,以確保流場(chǎng)阻力相等。18PEMFC常見(jiàn)的流道結(jié)構(gòu)19流場(chǎng)阻力 單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場(chǎng)阻力,為了降低阻力而加大共通管道面積往往會(huì)減少有效利用面積,而造成電池體積比功率與質(zhì)量比功率的下降。按此回電池設(shè)計(jì)頁(yè)20密封電池堆 密封是為了確保陰極與陽(yáng)極兩側(cè)的反應(yīng)氣體不會(huì)互竄及外漏,主要問(wèn)題在於不當(dāng)密封與材料老化。21不當(dāng)密封與材料老化22 不當(dāng)密封設(shè)計(jì)將會(huì)使得雙極板與電極之間的接觸電阻增加而降低性能。 電池堆運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因?yàn)槊芊饧匣冃卧斐蓺怏w互竄外漏,由於運(yùn)行中密封件不斷變形,須附加自緊裝置或定期人工緊固電池。密封材料 低溫燃料電池可以採(cǎi)用橡皮環(huán)或鐵氟龍墊片進(jìn)行密封。 高溫燃料電池堆則需採(cǎi)用特殊材料,如prexy玻璃或玻璃/陶瓷複合材料。23燃料電池系統(tǒng)燃料電池的工作方式與內(nèi)燃機(jī)類似,必須不斷送入燃料氣體與氧化劑,才能確保穩(wěn)定輸出電能,還必須能夠排出與生成量相等的反應(yīng)產(chǎn)物。24燃料電池系統(tǒng)方塊圖25燃料重整改質(zhì)中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時(shí),必須先通過(guò)重整改質(zhì)器（reformer）,將燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體?去除對(duì)氧化過(guò)程有毒的雜質(zhì)。高溫燃料電池本身具有內(nèi)重整能力,可以直接使用甲醇、天然氣等碳?xì)淙剂稀?6輸出27燃料電池與化學(xué)電池一樣,輸出為直流電,當(dāng)FC的內(nèi)電阻高時(shí)具有較佳的抗短路性能。當(dāng)負(fù)載變化幅度加大,輸出電壓變化也隨之加大,為求穩(wěn)定輸出必須加裝直流電穩(wěn)壓器（DC/DCconverter）,可加裝逆變器（DC/ACinverter）轉(zhuǎn)成交流電。燃料電池的廢熱目前電能轉(zhuǎn)換效率大約40～60%,有近半的化學(xué)能須以熱的形式表現(xiàn),為了保持工作溫度的穩(wěn)定,必須將這些廢熱排放出去或者再利用。28廢熱的處理與利用29中低溫FC大都以回?zé)嵯到y(tǒng)將廢熱變成可利用的蒸氣。高溫FC則與其他發(fā)電裝置（如:渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)）組成複合發(fā)電循環(huán)，以提高發(fā)電效率與燃料利用率。系統(tǒng)裝置30以上述