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质子交换膜燃料电池

简介

目录

n燃料电池的概念

n燃料电池的分类

n燃料电池的优势

n燃料电池的发展现状

n燃料电池汽车

燃料电池的概念

n燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转

化为电能的发电装置。

n从结构上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能

“储电”，而是一个“发电厂”。电能转换效率一般为45%-60%，

而火力发电的效率一般在30%-40%。

n燃料电池的概念是1839年W.Grove提出的，至今已有大约160年的历

史。最近五年商业化发展非常迅速，在航空航天、交通运输、消费电

子产品及固定供电供热装置等领域有了很多成功运用。

n目前燃料电池根据应用方式不同，分为三大应用领域类型：移动型

（Portable)、固定型(Stationary)、交通运输(Transport)

燃料电池的分类

n燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展

l碱性燃料电池（AlkalineFuelCell,AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液

l磷酸盐型燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）采用200℃高温下

的磷酸作为其电解质

l熔融碳酸盐型燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）采用熔融

态碳酸盐作为其电解质

l固体氧化物型燃料电池（SolidOxideFuelCell,SOFC）采用固态电解质

l质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）

采用极薄的塑料薄膜作为其电解质

l直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell，DMFC）属于质子交换

膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料

供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。

质子交换膜燃料电池简介

n质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，英文简称

PEMFC)，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、

阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化

剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换

膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极

为电源正极。

n两电极的反应分别为：

n阳极(负极)：2H2-4e=4H+

n阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O

n注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质

子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外

电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。

以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理

论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在

0.5～1V之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负

载需要的燃料电池堆(简称电堆)。

燃料电池工作原理图

燃料电池电堆照片

燃料电池结构示意图

直接甲醇燃料电池DMFC

n属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或

蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制

氢以供发电。

n相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、

燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可

能成为未来便携式电子产品应用的主流。

n体积小巧，燃料使用便利，洁净环保，可以用作移动电话和膝上型电

脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力；

n其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃

料电池需要更多的白金催化剂。

燃料电池的优势

n洁净、安全的发电装置

有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低；积木化强，规模及安装地

点灵活，

n能量转化效率高

直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，不受卡诺效

率限制。。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，

而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。

多燃料系统、燃料热值高

可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料

n负荷响应快，运