燃料電池講解：PPT課件（課堂運(yùn)用）

1、燃料電池介紹 一、燃料電池 二、氫氧燃料電池1聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂一、燃料電池2聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂燃料電池（Fuel cell），是一種使用燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力的裝置，最早于1839年由英國(guó)的Grove所發(fā)明。最常見(jiàn)是以氫氧為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池，由于燃料價(jià)格便宜，加上對(duì)人體無(wú)化學(xué)危險(xiǎn)、對(duì)環(huán)境無(wú)害，發(fā)電后產(chǎn)生純水和熱，20世紀(jì)60年代應(yīng)用在美國(guó)軍方，后于1965年應(yīng)用于美國(guó)雙子星座5號(hào)飛船。現(xiàn)在也有一些筆記型電腦開(kāi)始研究使用燃料電池。但由于產(chǎn)生的電量太小，且無(wú)法瞬間提供大量電能，只能用于平穩(wěn)供電上。 3聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂德國(guó)海軍新一代燃料電池潛艇服役 這艘212型潛艇是世界上最現(xiàn)代化的常規(guī)潛艇。潛艇采用的燃料電

2、池推進(jìn)系統(tǒng)可使?jié)?艇保持更長(zhǎng)的潛航時(shí)間，更不容易被敵人探測(cè)到。 4聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂甲醇燃料電池，燃料電池的層狀結(jié)構(gòu) 5聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例來(lái)說(shuō)明燃料電池 氫-氧燃料

3、電池反應(yīng)原理 這個(gè)反映是電觧水的逆過(guò)程。電極應(yīng)為： 負(fù)極：H2 +2OH-2H2O +2e- 正極：1/2O2 +H2O+ 2e-2OH- 電池反應(yīng)：H2 +1/2O2=H2O 6聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂燃料電池車型能源來(lái)自于燃料電池堆，而燃料電池堆可看做是一個(gè)小型發(fā)電站，能夠持續(xù)產(chǎn)生能源 7聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂燃料電池的優(yōu)勢(shì)1，潔凈、安全的發(fā)電裝置從發(fā)電廠、工廠，以及汽車等排出的大量各種物質(zhì)是造成大氣污染和地球溫暖化的主要原因。而燃料電池可以替代這些正在使用的鍋爐和內(nèi)燃機(jī)等。2，多燃料系統(tǒng)在地球上，氫絕大多數(shù)是以化合物的形式存在。比如：氫氧化合物（水）和碳?xì)浠衔?。可以作為燃料電池原料使用的碳?xì)浠衔镏饕獊?lái)源于天然

4、氣、液化氣、石油和煤炭等化石燃料。可根據(jù)各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃料。8聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂3，高效率的發(fā)電裝置4，分散型的發(fā)電裝置規(guī)模最大的可以替代火力發(fā)電或核能發(fā)電，用于商業(yè)發(fā)電。不需要龐大的設(shè)備，不需要變送電系統(tǒng)；與核能相比，發(fā)生事故的危險(xiǎn)性較小。可以建在大城市的近郊。規(guī)模稍小的可以建在住宅小區(qū)、辦公樓、廠區(qū)甚至城市的中心地帶?？梢詼p少因長(zhǎng)距離輸送電力而產(chǎn)生的損耗。面向個(gè)人用途的超小型燃料電池可以作為筆記本電腦和移動(dòng)便攜電話的電源。9聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂燃料電池的類型堿性燃料電池（AFC）采用氫氧化鉀溶液作為電解液。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）采用極薄的塑料薄膜作為其電解質(zhì)。 磷酸燃料電

5、池（PAFC）采用200高溫下的磷酸作為其電解質(zhì)。熔融碳酸燃料電池（MCFC） 固態(tài)氧燃料電池（SOFC）采用固態(tài)電解質(zhì)10聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂中國(guó)發(fā)展?fàn)顩r 在中國(guó)的燃料電池研究始于1958年，原電子工業(yè)部天津電源研究所最早開(kāi)展了MCFC的研究。70年代在航天事業(yè)的推動(dòng)下，中國(guó)燃料電池的研究曾呈現(xiàn)出第一次高潮。其間中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制成功的兩種類型的堿性石棉膜型氫氧燃料電池系統(tǒng)（千瓦級(jí)AFC）均通過(guò)了例行的航天環(huán)境模擬試驗(yàn)。1990年中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所承擔(dān)了中科院PEMFC的研究任務(wù)，1993年開(kāi)始進(jìn)行直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池（DMFC）的研究。電力工業(yè)部哈爾濱電站成套設(shè)備研究所

6、于1991年研制出由7個(gè)單電池組成的MCFC原理性電池 11聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂但是，由于多年來(lái)在燃料電池研究方面投入資金數(shù)量很少，就燃料電池技術(shù)的總體水平來(lái)看，與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有較大差距。我國(guó)有關(guān)部門和專家對(duì)燃料電池十分重視，1996年和1998年兩次在香山科學(xué)會(huì)議上對(duì)中國(guó)燃料電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了專題討論，強(qiáng)調(diào)了自主研究與開(kāi)發(fā)燃料電池系統(tǒng)的重要性和必要性。近幾年中國(guó)加強(qiáng)了在PEMFC方面的研究力度 12聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r 在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正以?shī)^起直追的勢(shì)頭快步進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的階段，將成為21世紀(jì)繼火電、水電、核電后的第四代發(fā)電方式。燃料電池技術(shù)在國(guó)外的迅猛發(fā)展必須引起我們的足夠重視

7、，現(xiàn)在它已是能源、電力行業(yè)不得不正視的課題。 13聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂經(jīng)濟(jì)性 燃料電池發(fā)電與常規(guī)的火電投資比較不能單考慮電源投資，還應(yīng)將長(zhǎng)距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和兩種能源轉(zhuǎn)換裝置的效率考慮在內(nèi)。如此來(lái)計(jì)算綜合投資大型的火電廠每千瓦約為1.31.5萬(wàn)元。發(fā)電消耗的燃料為燃料電池的兩倍以上，按目前在中國(guó)天然氣最低市價(jià)（產(chǎn)地市價(jià)人民幣1元/m3）計(jì)算，當(dāng)發(fā)電時(shí)間超過(guò)70000h以后，用燃料電池發(fā)電將比用傳統(tǒng)的熱機(jī)發(fā)電更經(jīng)濟(jì)。在實(shí)際發(fā)電工程中還應(yīng)考慮傳統(tǒng)的熱機(jī)發(fā)電占地面積大，環(huán)境污染重的問(wèn)題。隨著燃料電池發(fā)電技術(shù)的不斷完善，造價(jià)將不斷的降低，特別是在規(guī)?；a(chǎn)后，其造價(jià)將大幅度的下降，有理由相信，

8、不久的將來(lái)這種發(fā)電方式會(huì)對(duì)傳統(tǒng)熱機(jī)發(fā)電構(gòu)成挑戰(zhàn)。 14聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂氫氧燃料電池二、15聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂一、制作氫氧燃料電池的設(shè)想 燃料電池是一種新型的化學(xué)電源，是現(xiàn)在最引人注目的能源裝置之一，是高中化學(xué)教材新增添的學(xué)習(xí)內(nèi)容。但教材沒(méi)有安排燃料電池的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)。因此我們就想自己研制燃料電池。我們首先查閱了大量的有關(guān)燃料電池的資料，做了大量的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)不斷改進(jìn)，最終研制出了一種不需用貴重金屬的簡(jiǎn)易氫氧燃料電池。16聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂二、燃料電池的定義 燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過(guò)發(fā)生在正極和負(fù)極的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池與常規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時(shí)需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入

9、燃料和氧化劑，只要持續(xù)供應(yīng)，燃料電池就會(huì)不斷提供電能。17聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂三、燃料電池的工作原理 燃料電池由正極、負(fù)極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成，其工作原理與普通電化學(xué)電池類似，燃料在負(fù)極氧化，氧化劑在正極還原，電子從負(fù)極通過(guò)負(fù)載流向正極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電流。燃料氧化劑負(fù)極正極電 解 質(zhì)導(dǎo)電離子18聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂四、氫氧燃料電池的工作原理2e-2e-氫氣 H2OHH+OH OH-A氧氣 負(fù)極 正極19聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂五、氫氧燃料電池的裝置石墨電極Na2SO4溶液 電解槽 石墨電極均為普通1號(hào)干電池的碳棒, 電解槽為化學(xué)實(shí)驗(yàn)室盛裝石蕊試紙的塑料盒。20聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂六、通直流電制取氫氣和氧氣石墨電極Na2SO4溶液 電解槽 給電池通14V直流電至兩個(gè)電極上吸附著較多氣泡為止。（陽(yáng)極）4OH- 4e- = O2 + 2H2O （陰極）4H+4e- = 2H2 21聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂 七、氫氧燃料電池帶動(dòng)小電器石墨電極Na2SO4溶液 電解槽 電池中附有氫氣的碳棒為負(fù)極，附有氧氣的碳棒為正極。電子鐘可走數(shù)十分鐘（+）O2+ 4e- + 4H+= 2H2O （-）2H2-4e- + 4OH- = 4H2O 22聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂石墨電極Na2SO4溶液 電解槽 電池中附有氧氣的碳棒為正極，附有氧氣的碳棒為正極。電子賀卡賀卡發(fā)出紅光和音樂(lè)聲音 七、氫氧燃料電池帶動(dòng)小電器23聽(tīng)風(fēng)D學(xué)堂八、該氫氧燃料電池的優(yōu)點(diǎn)裝置