质子交换膜燃料电池简介

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1、质子交换膜燃料电池简介目录燃料电池的概念燃料电池的分类燃料电池的优势燃料电池的发展现状燃料电池汽车燃料电池的概念燃料电池(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。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%。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

2、置等领域有了很多成功运用。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)燃料电池的分类燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展碱性燃料电池（AlkalineFuelCell,AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液磷酸盐型燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）采用200℃高温下的磷酸作为其电解质熔融碳酸盐型燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）采用熔融态碳酸盐作为其

3、电解质固体氧化物型燃料电池（SolidOxideFuelCell,SOFC）采用固态电解质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质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefue

4、lcell，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。两电极的反应分别为：阳极(负极)：2H2-4e=4H+阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O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

5、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。相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低

6、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。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；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，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

7、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负荷响应快，运行质量高质子交换膜燃料电池工作温度低、启动快、结构简单、操作方便等……我国质子交换膜燃料电池发展历程燃料电池的发展现状燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型(Stati

8、onary)、交通运输型(Transport)；2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。2007-2011全球燃料电池出货量（根据应用方式划分）单位：