燃料电池3-1概述.ppt

;;燃料电池是一种能够持续地通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的能量转换装置，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。;普通电池(battery) -----能量储存装置 e.g.，lithium ion battery 燃料电池(fuel cell) -----能量转换装置 ;能源问题： 化石能源日益枯竭 能源价格攀升;卡诺循环效率;我国汽车保有量将快速增长 车用汽柴油需求不断增大,石油供应安全面临严峻挑战 ;据公安部统计，截止2013年年底，我国汽车保有量达到1.37亿辆，31个城市汽车保有量超过100万辆。北京、天津、成都、深圳、上海、广州、苏州、杭州8个城市汽车保有量超过200万辆，其中北京超过500万辆。 汽车保有量的迅速增加，严重加剧了空气污染。全国许多城市空气污染严重，其中65%的城市环境污染、25%的二氧化碳、70%的有毒气体来自于汽车尾气，并且是PM2.5的主要来源。 2014年春节期间，在放鞭炮叠加作用下，全国有16个大城市空气质量属于严重污染;汽车对燃油的消耗 ;环境问题： 传统化石材料，煤炭、汽、柴油的燃烧释放COx、NOx、SOx气体和粉尘 大量的废水、废渣、废热和噪声污染;大气污染;国际能源机构的一项调查结果表明，美国、中国、俄罗斯和日本的二氧化碳排放量几乎占全球总量的一半。调查表明，美国二氧化碳排放量居世界首位，年人均二氧化碳排放量约 20 吨，总量占全球的 23.7%。中国年人均二氧化碳排放量为 2.51 吨，总量约占全球的 13.6%。中国面临越来越大的CO2减排压力。 ; ;深圳市委书记王荣介绍说，目前深圳市是全中国新能源试点最好的城市，也是新能源汽车普及率最高的城市。在深圳有超过八百台比亚迪纯电动汽车作为出租车奔驰在大街小巷，更有两百多台K9纯电动大巴作为公交车正在使用。这些新能源汽车的投入，是深圳能够在全国大范围雾霾侵袭的情况下依旧保持较好的空气质量;使用混合动力--锂电子电池/铅酸电池，通常电动汽车充一次电能跑150公里左右 百公里只需10度电，如果每度电以0.5元计算，最多也就花费5元钱。 汽车百公里耗油最低也要10升，得花费70多块钱，费用相对高很多;充电难、基础设施滞后-----如果建立电动汽车充电站，那么在这么拥挤的城市里应该在什么地方选址？ 市场汽车保有率是否达到维持充电站的费用？ 电动汽车充电时间较长者能达到七八个小时，短则需要一两个小时，市民将汽车放置于充电站后，又怎样解决交通问题？ 充电----离不开煤炭等传统化石燃料的发电;能源危机 环境污染;;燃料电池的发明;1959年，英国剑桥大学的化学家法兰西斯培根，设计了一个电池组，在高温高压下为电池输入氢气和氧气，制作出一个5kW的燃料电池组，能够推动电焊机，电锯，及堆高机（Lifter）工作 1965年，以氢氧为燃料的碱性燃料电池成功的应用于美国双子星座5号太空飞船上，成为太空的电力供应系统 从上世纪80年代开始，各种燃料电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用;燃料;电极提供电子转移的场所 阳极进行燃料的氧化过程 阴极进行氧化剂的还原过程 导电离子在将阴、阳极分开的电解质内迁移 电子通过外电路做功并构成电的回路 ;;氢气; 燃料电池的输出电压=E阴极-E阳极 电极极化现象：在电池开路时，电池的电压为开路电压E0，当电池输出电流对外做功时，输出电压由E0降至E，这种电压降低的现象称为极化;一个电池总的极化包括：阳极氧化、阴极氧化和欧姆电位降三部分 电池输出电流时阳极电位的损失称为阳极极化 电池输出电流时阴极电位的损失称为阴极极化 ;极化原因： 活化极化：电化学反应速度限制所引起的电位损失 浓差极化：反应物传质限制所引起的电位损失 欧姆极化：电池组件（主要是电解质膜）的电阻所引起的欧姆电位损失;燃料电池运行特性----比能量(功率密度) 燃料电池的发电性能可用比能量来判别。 电池比能量的物理意义是电池单位质量或单位体积所能输出的电能。 两种表达方式: 质量比能量：以单位质量电池输出的功率，kW/kg表示 体积比能量：以单位体积电池输出的功率，kW/L表示; 2. 燃料电池的构成;2.1 电极：;电催化与电催化剂;电催化剂的要求：;Energy Environ. Sci., 2012, 5, 5281–5286;J. L. Zhang, K. Sasaki, E. Sutter, R. R. Adzic, Science 2007, 315, 22