燃料电池及燃料电池电动车ppt课件.ppt

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1、燃料电池及燃料电池电动车本章内容提要燃料电池(FuelCell)的基本原理及组成燃料电池的分类各类燃料电池的特点及研发应用现状燃料电池的发展趋势燃料电池汽车基本结构及特点燃料电池汽车的研发进展燃料电池发展史上的里程碑1839年英国人Grove以氢气和氧气为燃料，Pt丝为电极的第一个燃料电池问世，这是燃料电池的雏形1889年Mond和Langer重复了创始人Grove的实验，并引入燃料电池的概念，他们首次发现铂化的电极容易被燃料气中存在的CO所毒化1902-1904年Reid在1902年和Lno在1904年用KOH溶液作为燃料电池的电解质，开发了碱性燃料电

2、池的雏形1939年Bacon于1932年研制了电解质为27%KOH溶液的碱性燃料电池，工作温度为100℃，气体压力为220bar，在0.89V时获得了电流密度为13mA/cm21959年Bacon发明了双孔烧结Ni气体扩散电极，并演示5kW的碱性燃料电池系统1962年美国通用电力公司发展了PEMFC技术，PEMFC和AFC燃料电池先后被成功地用于双子星座Gemini和Apollo登月飞行1967年磷酸燃料电池（PAFC）问世，并获得优先发展1968年通用汽车生产出了第一辆可使用的燃料电池汽车1977年世界上第一个兆瓦级燃料电池组（1MWPAFC）在美国问

3、世并通过了测试，后来4.5MWPAFC工厂又在美国和日本试验成功1983年加拿大Ballard公司成功试验质子交换膜的PEMFC1991年当时世界上最大容量的11MW的MCFC燃料电池厂在日本问世1992年开始研制直接甲醇PEMFC1993年Ballard公司研制的世界上第一个以PEMFC为动力源的电动客车在加拿大展出1997年Ballard公司和德国戴姆勒-本茨、美国福特公司合作开发车用燃料电池2001-2003年福特、丰田、本田、戴-克等汽车公司相继推出燃料电池汽车，我国863项目燃料电池汽车概念车推出1、燃料电池的基本原理及组成燃料电池FC（Fue

4、lCell）是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置1.1燃料电池(FuelCell)的基本原理燃料电池通过氧与氢结合成水的简单电化学反应而发电。燃料电池的基本组成有：电极、电解质、燃料和催化剂。二个电极被一个位于这它们之间的、携带有充电电荷的固态或液态电解质分开。在电极上，催化剂，例如白金，常用来加速电化学反应。下图为燃料电池基本原理示意图。1.1燃料电池(FuelCell)的基本原理燃料可以是H2、CH4、CH3OH、CO等。氧化剂一般是氧气或空气。电解质可为水溶液（H2SO4、H3PO4、NaOH等）、

5、熔融盐（NaCO3、K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等。1.1燃料电池(FuelCell)的基本原理1.2燃料电池(FuelCell)的特点发电时，燃料和氧化剂由电池外部分别供给电池的阳极和阴极，阳极发生燃料的氧化反应，阴极发生氧化剂的还原反应，电解质将两电极隔开，导电离子在电解质内移动，电子通过外电路做功并构成电的回路。与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃料电池就可以连续不断地产生电能。1.2燃料电池(FuelCell)的特点它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化

6、剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废热，以维持电池工作温度的恒定。FC本身只决定输出功率的大小，其储存能量则由储存在储罐内的燃料与氧化剂的量决定。1.2燃料电池(FuelCell)的特点电解质的作用是输送燃料电极和氧电极在电极反应中所产生的离子，并能阻止电极间直接传递电子隔膜的作用是传导离子、阻止电子在电极间直接传递和分隔氧化剂与还原剂。因此，隔膜必须是抗电解质腐蚀和绝缘的物质，并具有良好的耐润湿性1.3燃料电池系统组成单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它必需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系

7、统组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。1.3燃料电池系统组成1燃料电池组2辅助装置和关键设备：(1)燃料和燃料储存器（包括碳氢化合物转化的重整器）(2)氧化剂和氧化剂存储器(3)供给管道系统和调节系统（包括气体输送泵、热交换器、气体分离和净化装置）(4)水和热管理系统1.4重整器重整器的课题的提出氢能汽车面世之初，均采用高压气瓶、液氢罐、储氢合金罐储运携带氢燃料,存在体积、质量大,成本高，氢气泄露等不安全因素。从而提出了研制开发车用重整器的课题,实现氢能汽车象燃油汽车一样携带油品燃料等碳氢化合物类燃料,通过重整器转变成氢气使用,边重整边使用,无氢气充

8、加储存环节,提高了安全性。1.4重整器的定义所谓重整——通过热(化学)解水减少燃