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第四章 第四章 质子交换膜燃料电池 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) (PEMFC) 罗马吉 罗马吉 武汉理工大学汽车学院 武汉理工大学汽车学院 第4章 质子交换膜燃料电池 第4章 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) （重点） (PEMFC) （重点） • 4.1 概述 • 4.2 工作原理 • 4.3 电池的结构 • 4.4 质子交换膜燃料电池的关键元件 • 4.5 PEMFC性能的实验测试 • 4.6 电池组的各项技术 • 4.7 DMFC 4.1 概述 4.1 概述 • 美国通用电气(General Electric，GE)公司是质子 交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFC)最早的研究机构。 • 刚开始研究阶段，将它命名为离子交换膜燃料电池 (Ion Exchange Membrane Fuel Cells， IEMFC) 。 • 近年来，众多研究者将它称为质子交换膜燃料电池 (PEMFC)。 • 由于其电解质是一种固态高分子聚合物，所以又被 称作高分子电解质燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cells，PEFC)，或称固态高分子燃料电池 (Solid Polymer Fuel Cells，SPFC)，这是应用最 广、当前最受重视的一种燃料电池。 4.1 概述 4.1 概述 • 基本结构:包括两块多孔 气体扩散电极与固态高分 子聚合物电解质膜。 • 多孔极板的一侧是负载触 媒，另一侧与极板接触。 极板上开设有凹槽通道， 以便燃料气、氧化剂或冷 却剂通过。 • 电解质膜，厚度约为 50~250 μm；具有质子 交换功能，同时还起隔离 燃料气与氧化剂气体的作 用。 4.1 概述 4.1 概述 • 本体结构由两个基本单元 组成：一是质子交换膜／ 电极单元；二是冷却单元。 • 质子交换膜／电极单元包 括电解质膜、触媒电极及 覆在电极表面的碳纸片， 单元总厚度小于1mm。 • 冷却单元经冷却板极向质 子交换膜／电极单元供应 电池反应所需的物料，并 移去电池反应的产物，达 到脱水、除热的目的，同 时它还起到电池密封和保 护作用。 动画演示！ 4.1 概述 4.1 概述 • PEMFC的优点：清洁无污染、能量转换效率高、 寿命长、无碳酸盐生成、生成的水洁净(可以直接 饮用)、应用范围广、设计简单、制造方便、既可 以采用纯氢作燃料也可以采用重整转化燃料。 • 固态高分子聚合物电解质不存在电解质腐蚀与溢 散问题 • 具备接近常温工作以及起动迅速的特点，非常适 合用作运输动力、可携式电源以及家用型发电机。 • 缺点：废热品位低、对CO敏感、采用重整转化燃 料时需要将CO变换成CO2，电极触媒尚需较多的 贵金属，质子交换膜的生产成本还比较高，供应 商也比较少。 4.2 工作原理 4.2 工作原理 • 质子交换膜燃料电池以氢气 或净化重整燃料气为燃料气 体，以空气或纯氧为氧化剂 的一种燃料电池 • 电解质将电池分隔成阴极与 阳极两部分 + - • 阳