燃料电池的应用.ppt

燃料电池的应用 ——文三619“滑板鞋团队” 1.2 工作原理 燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极经过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 3.3.1 发展贵金属部分替代或完全替代的催化剂 优化制备方法， 利用形貌控制，可有效地提高催化剂活性与稳定性。利用高指数晶面Pt具有的开放表面结构、高密度的台阶原子以及其所处的短程有序环境等特点，使催化剂的活性和稳定性方面均得到显著提高。 Pt合金催化剂目前显示出较好的发展前景，借助加入第2或第3种非Pt金属，利用电子或几何效应，在达到低 Pt、高活性的同时，稳定性也相应提高。其中核壳型催化剂是研究热点之一，利用非贵金属为支撑核，表面贵金属为壳的结构，可降低Pt用量，提高质量比活性．如由欠电位沉积方法制备的Pt-Pd-Co/C单层核壳催化剂总质量比活性是商业催化剂Pt/C的3倍; 利用脱合金方法制备的Pt-Cu-Co /C核壳电催化剂。质量比活性可达Pt/C的4倍． 3.3.2 非Pt催化剂取代Pt催化剂 在探求低Pt催化剂的同时，非Pt催化剂的研究也一直在进行中。如金属硫族化合物、金属大环配合物等展示了较好的初活性，但稳定性还远满足不了要求。 近期，以载量为5.3mg·cm- 2 的非贵金属 Fe/N/C 电催化剂制备的电极，低电流密度下与Pt载量为0.4 mg·cm- 2 的Gore 电极性能相当．但因前者担载量比 Pt催化剂高出几倍甚至十几倍，电极厚度随之增加，从而导致电极反应的传质阻力大幅度增加，而且其稳定性还需进一步改善。此外，近期研究的氮掺杂碳基非 Pt催化剂也表现出较高的氧还原反应催化活性与稳定性。 3.3.3 催化剂载体的改进 由于目前Pt催化剂载体大多采用XC- 72碳黑。在高电位及电位循环下会发生载体腐蚀，是造成催化剂团聚与流失的主要原因。 改进催化剂载体可以从 2 个方面着手，一是改进目前的碳载体材料，如高温石墨化处理、添加官能团等方法，可以提高高电位下载体的耐腐蚀性; 二是采用新的载体材料，碳纳米管或氮掺杂的碳纳米管、 纳米碳须、 WxCy、 氧化铟锡等碳与非碳载体。这些新型载体材料在一定程度上提高了耐腐蚀性，但是比表面积均远低于现有的载体材料。目前具有高导电、高比表面积与高耐蚀性兼顾的载体材料还是研究的难点。 4.1 燃料电池在移动装置上的应用 伴随燃料电池的日益发展，它们正成为不断增加的移动电器。微型燃料电池因其具有使用寿命长，重量轻和充电方便等优点，比常规电池具有得天独厚的优势。 目前，美国正在试验以直接甲醇燃料电池为动力的移动电话，苹果新型氢燃料电池移动装置可撑数周，而德国则在实验以这种能源为动力的膝上型电脑。 图4-1 苹果新型氢燃料电池 4.2 燃料电池在空间领域的应用 燃料电池在空间领域的应用：燃料电池最早和最 成功的应用始于20世纪50年代，它被用作航天飞船的 动力源。由于燃料电池相对于其他动力能源来说有很 高的效率，因而可极大的减少体积和重量。对于航天 器说，减轻重量是很重要的！ 燃料电池没有同时在 其他方面得到应用，主要的原因是当时的燃料电池造 价昂贵；因此，降低燃料电池的造价是多年来研究和 开发的主要内容。 4.3 燃料电池在军事上的应用 燃料电池可以以多种形态为绝大多数军事装置，从战场上的移动手提装备到海陆运输提供动力。在军事上，微型燃料电池要比普通的固体电池具有更大的优越性，其增长的使用时间就意味着在战场上勿需麻烦的备品供应。此外，对于燃料电池而言，添加燃料也是轻而易举的事情。 同样，燃料电池的运输效能能极大地减少活动过程中所需的燃料用量，在进行下一次加油之前，车辆可以行驶得更远，或在遥远的地区活动更长的时间。这样，战地所需的支持车辆、人员和装备的数量便可以显著的减少。 自20世纪80年代以来，美国海军就使用燃料电池为其深海探索的船只和无人潜艇提供动力。 图4-4 燃料电池无人机 4.4 燃料电池在运输上的应用 在世界各地，国家和地方机构都在立法强迫汽车制造商生产能极大限度地降低排放的车辆。燃料电池可为这种要求带来实质的机遇。研究指出：当一辆小车使用以天然气重整的氢为燃料的燃料电池而不用汽油内燃机时，其二氧化碳的排放量可以减少高达72%。 燃料电池汽车是由电池和燃料电池提供动力的电力车辆。燃料电池把氢气和氧气转化成电能，它所产生的副产品只有水和热。它摒弃了复杂的变速箱等动力传动装置，4台由燃料电池驱动的电机直接同车轮相连推动汽车行走。 通用Hy-wire 氢动三号 由200