化学调研报告-燃料电池.pptxVIP

电池的种类及发展趋势以及化 学在此领域的研究进展材化1202王天雄学号：1这里按工作性质和储存方式对电池进行了划分温差电池温差电池，就是利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。温差电池的材料一般有金属和半导体两种。贮备电池贮备期间，活性物质不与电解质直接接触，使用时注入电解液或电解质熔化，从而使电池处于待放电状态而具有活性，这类电池用于特定的场合，满足随时激活随时使用的要求。燃料电池燃料电池简介 燃料电池(Fuel Cell，FC)与一般的原电池、蓄电池不同，它所需的电极反应活性物质并不贮存于电池内部，而是由电池外部供给。从理论上讲，只要外部连续地供给燃料，燃料电池也就可以不断地输出电能。不受卡诺循环的限制，理论转化率可达90％，它具有高能量、高效率、不排放污染物或极少排放污染物的特点，是应用前景十分广阔的清洁能源。卡诺循环 卡诺循环包括四个步骤： 等温膨胀， 绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩。卡诺循环可以想象为是工作于两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2。卡诺循环的效率ηc=1-T2/T1。 燃料电池将燃烧中的化学能直接转化为电能，不是利用热能，所以不受卡诺循环的限制。燃料电池的种类燃料电池的原理 燃料电池是由燃料电极(阴极)，氧化剂电极(阳极)和电解质构成，其工作过程是通过燃料和氧化剂分别在两个电极上发生反应，由电解液和外电路构成回路，将燃料中的化学能直接转化为电能。原理举例磷酸燃料电池(PAFC)阴、阳极及电总反应方程式如下： ’阳极： 2H2 - 4e- = 4H+阴极： 02+ 4e- + 2H2O = 4OH-总反应式： 02 + 2H2= 2H2O液态氢氧化钾燃料电池(LPHFC)阴、阳极及电池总反应方程式如下： 阳极： 2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O阴极： 02+ 4e- + 2H2O = 4OH-总反应式： 02 + 2H2= 2H2O熔融碳酸盐燃料电池，电解质为碱金属碳酸盐，属于中温型，阴、阳极及电池总反应方程式下： 阳极：2H2 – 4e- + 2CO32- = 2H2O + 2CO2 阴极：O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- 总反应：02 + 2H2= 2H2O直接甲醇燃料电池（DMFC），以甲醇溶液为燃料、以空气或氧气为氧化剂，产物为CO2和水。反应方程式（酸性）如下:?阳极:CH3OH + 6e- + H2O = CO2 + 6H+?阴极:3/2O2 + 6e- + 6H+ = 3H2O 总反应:CH3OH?+ 3/2O2 = CO2 + 2H2O间接型，甲醇进炼解或重整得到氢，有两种方式，分别为：CH-3OH(g) + H2O(g) = CO-2(g) +3H2(g) △rHm = 49 kJ/molCH-3OH(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2(g）△rHm = -192.2 kJ/mol质子交换膜燃料电池基本原理 当电池工作时，膜电极内发生下列过程：（1）反应气体在扩散层内的扩散；（2）反应气体在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应；（3）阳极反应生成的质子氢离子以水合质子H(xH20)的形式，在质子交换膜中转移，最后到达阴极，实现质子导电。电子经外电路到达阴极，同氧气反应生成水组成介绍膜电极装置（Membrane Electrode Assembly MEA）膜电极是PEMFC的核心，由气体扩散层、催化剂层和质子交换膜组成，即膜电极三合一组件质子交换膜质子交换膜是膜电极三合一组件的心脏，应该指出的是PEMFC中的质子交换膜与一般的化学电源中使用的隔膜有很大的不同。首先，它不只是一种隔膜材料，它还是电解质和电极活性物质的基底：另外，质子交换膜还是一种选择透过性膜，提供阳离子通道，隔离两极的燃料气体和氧化剂气体。质子交换膜的种类 质子交换膜的种类：全氟磺酸型质子交换膜;nafion重铸膜;非氟聚合物质子交换膜;新型复合质子交换膜。 全氟磺酸膜主要有以下几个类型：美国杜邦公司的Nation膜；日本Dow化学公司的Dow膜；加拿大巴拉德公司的BAM膜等。催化层 催化层，反应气体在催化层内被催化剂吸附并发生电催化反应。其主要原料有贵金属铂，需要解决的问题是，CO等会使催化剂中毒，还 有减少铂的使用量，降低成本。催化剂种类1）铂催化剂：将铂分散于不同的载体中，制成复合电极材料，是提高铂催化剂利用率的有效途径。2）合金催化剂：Pt/Ru合金催化剂是目前研究最为广泛的抗CO电催化剂，它通过Pt和Ru的协同作用，使电池在CO存在下维持较高的性能。3）一氧化物及非铂系催化剂：Pt/ γ AL2O3抗CO催化剂，该催化剂具有趣好的抗CO性能和稳定性。扩散层气体扩散层通常