燃料電池種類工作原理及結(jié)構(gòu)

1、燃料電池燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。燃料電池含有陽陰兩個(gè)電極，分別充滿電解液，而兩個(gè)電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成。氫氣由陽極進(jìn)入供給燃料，氧氣（或空氣）由陰極進(jìn)入電池。電池經(jīng)由催化劑的作用，使得陽極的氫原子分解成氫質(zhì)子（proton）與電子（electron），其中質(zhì)子進(jìn)入電解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一邊，電子經(jīng)由外電路形成電流后，到達(dá)陰極。在陰極催化劑之作用下，氫質(zhì)子、氧及電子，發(fā)生反應(yīng)

2、形成水分子。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程，因此水是燃料電池唯一的排放物。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，為一種 發(fā)電機(jī)。陽極反應(yīng) -陰極反應(yīng) 總反應(yīng) 伴隨著電池反應(yīng)，電池向外輸出電能。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能。燃料電池的分類1 按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分根據(jù)燃料電池的運(yùn)行機(jī)理的不同，可分為酸性燃料電池和堿性燃料電池。例如磷酸燃料電池(PAFC)和液態(tài)氫氧化鉀燃料電池(LPHFC)。2按電解質(zhì)種類分根據(jù)燃料電池中使用電解質(zhì)種類的不同，可分為酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)的燃料電池。即堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽

3、燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等。在燃料電池中，磷酸燃料電池(PAFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)可以冷起動和快起動，可以用作為移動電源，適應(yīng)燃料電池電動汽車(FCEV)使用的要求，更加具有競爭力。3按燃料類型分燃料電池的燃料有氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有機(jī)燃料和汽油、柴油以及天然氣等氣體燃料，有機(jī)燃料和氣體燃料必須經(jīng)過重整器“重整”為氫氣后，才能成為燃料電池的燃料。根據(jù)燃料電池使用燃料類型的不同，可分為直接型燃料電池、間接型燃料電池和再生型燃料電池。4按工作溫度分根據(jù)燃料電池工作溫度的不同，可分為低溫型，溫度低于

4、200；中溫型，溫度為200-750；高溫型，溫度高于750。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)在常溫下可以正常工作，這類燃料電池需要采用貴金屬作為催化劑，燃料的化學(xué)能絕大部分都能轉(zhuǎn)化為電能，只產(chǎn)生少量的廢熱和水，不產(chǎn)生污染大氣環(huán)境的氮氧化物。熔融碳酸鹽燃料電池(M C F C)和固體氧化物燃料電池(SOFC)在高溫下作，這類燃料電池不需要采用貴金屬作為催化劑。但由于工作溫度高，需要采用復(fù)合廢熱回收裝置來利用廢熱，體積大。1 堿性染料電池堿性燃料電池是該技術(shù)發(fā)展最快的一種電池，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機(jī)提供動力和飲用水。 陽極反應(yīng)：2H2 + 4OH- 4 H2O + 4e-陰極反應(yīng)：O2 +

5、 2H2O + 4 e- 4OH-總反應(yīng)：O2+2H2 2H2O堿性燃料電池的工作溫度大約80。因此，它們的啟動也很快，但其電力密度卻比質(zhì)子交換膜燃料電池的密度低十來倍，在汽車中使用顯得相當(dāng)笨拙。不過，它們是燃料電池中生產(chǎn)成本最低的一種電池，因此可用于小型的固定發(fā)電裝置。 如同質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，堿性燃料電池對能污染催化劑的一氧化碳和其它雜質(zhì)也非常銘感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因?yàn)檠趸寄芘c氫氧化鉀電解質(zhì)反應(yīng)生成碳酸鉀，降低電池的性能。圖9-10磷酸燃料電池結(jié)構(gòu)和工作原理電流氫氣水氧氣陽極陰極磷酸負(fù)載H2.磷酸燃料電池（PAFC） PAFC采用重整天然氣作燃料，空氣作氧化劑，浸有濃磷

6、酸的SiC 微孔膜作電解質(zhì) ， Pt/C 作催化劑 ，工作溫度 200 。磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC）是以濃磷酸為電解質(zhì)，以貴金屬催化的氣體擴(kuò)散電極為正、負(fù)電極的中溫型燃料電池?？梢栽?50220工作。具有電解質(zhì)穩(wěn)定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO毒化等優(yōu)點(diǎn)，是一種接近商品化的民用燃料電池。陽極反應(yīng)：H2+2e- 2H+ 陰極反應(yīng)：1/2O2+2H+H2O+2e-總反應(yīng)：1/2O2 +H2 H2OPAFC是目前單機(jī)發(fā)電量最大的一種燃料電池。由多節(jié)單電池按壓濾機(jī)方式組裝構(gòu)成電池組。PAFC的工 作溫度一般為 200左右 ，能量轉(zhuǎn)化率

7、約在 40%，為保證電池工作穩(wěn)定，必須連續(xù)地排除廢熱。 3熔融碳酸燃料電池（MCFC）工作溫度可達(dá)650。這種電池的效率很高，但材料需求的要求也高。溶化的碳酸鹽燃料電池與上述討論的燃料電池差異較大，這種電池不是使用溶化的鋰鉀碳酸鹽就是使用鋰鈉碳酸鹽作為電解質(zhì)。當(dāng)溫度加熱到650時(shí)，這種鹽就會溶化，產(chǎn)生碳酸根離子，從陰極流向陽極，與氫結(jié)合生成水，二氧化碳和電子。電子然后通過外部回路返回到陰極，在這過程中發(fā)電。陽極反應(yīng)：CO32- + H2 H2O + CO2 + 2e-陰極反應(yīng)：CO2 + 1/2 O2 + 2e- CO32-電池反應(yīng)：O2+2H2 2H2O四大優(yōu)勢： 在工作溫度下，MCFC可以

8、進(jìn)行內(nèi)部重整燃料，例如在陽 極反應(yīng)室進(jìn)行甲烷的重反應(yīng)，重整反應(yīng)到所需熱量由電池反應(yīng)的余熱提供；MCFC的工作溫度為650700，其余熱可用來壓縮反應(yīng)氣體以提高電池性能，可以用于供暖；燃料重整時(shí)產(chǎn)生的CO 可以作為MCFC的燃料，且由于MCFC為高溫燃料電池，不會受到CO的中毒催化劑的威脅；催化劑為鎳合金，不使用貴金屬。 4質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC是一種燃料電池，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)相當(dāng)于一

9、直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。兩電極的反應(yīng)分別為：陽極反應(yīng)：H22H+2e-陰極反應(yīng)：1/2O2+2H+2e- H2O電池反應(yīng)：H2+1/2O2 H2O PEMFC的電極常被稱為膜電極組件，它是指質(zhì)子交換膜和其兩側(cè)各一片多孔氣體擴(kuò)散電極（涂有催化劑的多孔碳布）組成的陰、陽極和電解質(zhì)的復(fù)合體。 與AFC 、 PAFC 相比 ，PEMFC保持電極與膜的良好接觸要困難得多。PEMFC的膜為高分子聚合物，僅靠電池組裝力不能使電極與離子交換膜之間有良好的接觸，同時(shí)質(zhì)子導(dǎo)體也無法進(jìn)入多孔氣體電極的內(nèi)部。于是必須制備電極-膜-電極的三合一組件。具體做法是將全氟磺酸樹脂玻璃化溫度下施加一定壓力，

10、將以加入全氟磺酸樹脂的氫電極（ 陽極 ）、隔膜( 全氟磺酸型質(zhì) 子交換膜) 和已加入全氟磺酸樹脂的氧電極（陰極）壓和在一起，形成了電極-膜-電極三合一組件 5固體氧燃料電池（SOFC）固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。采用的是固態(tài)電解質(zhì)（鉆石氧化物），性能很好。他們需要采用相應(yīng)的材料和過程處理技術(shù)，因?yàn)殡姵氐墓ぷ鳒囟燃s為1000。固態(tài)氧化物燃料電

11、池工作溫度比溶化的碳酸鹽燃料電池的溫度還要高，它們使用諸如用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯等固態(tài)陶瓷電解質(zhì)，而不用使用液體電解質(zhì)。其工作溫度位于800-1000之間。陰極反應(yīng)O2+4e-2O2-陽極反應(yīng)2O2-+2H2 H2O+4e-電池反應(yīng)2H2+O2 2H2O在這種燃料電池中，當(dāng)氧離子從陰極移動到陽極氧化燃料氣體（主要是氫和一氧化碳的混合物）使便產(chǎn)生能量。陽極生成的電子通過外部電路移動返回到陰極上，減少進(jìn)入的氧，從而完成循環(huán)。附錄資料：不需要的可以自行刪除 工藝圖形符號大全管道及附件圖 形 符 號說明圖 形 符 號說明管道：用于一張圖內(nèi)只有一種管道四通連接管道：用漢語拼音字頭表示管道類別流向?qū)Ч埽河脠D

12、例表示管道類別坡向交叉管：指管道交叉不連接，在下方和后面的管道應(yīng)斷開套管伸縮器三通連接波形伸縮器弧形伸縮器管道滑動支架方形伸縮器保溫管也適用于防結(jié)露管防水套管多孔管軟管拆除管可撓曲橡膠接頭地溝管管道固定支架防護(hù)套管管道立管檢查口排水明溝清掃口排水暗溝通氣帽彎折管表示管道向后彎90雨水斗彎折管表示管道向前彎90排水漏斗存水彎圓形地漏方型地漏閥門套筒自動沖洗箱擋墩管道的連接圖 形 符 號說明圖 形 符 號說明法蘭連接活接頭承插連接轉(zhuǎn)動接頭管堵管接頭法蘭堵蓋彎管偏心異徑管正三通異徑管斜三通乙字管正四通喇叭口斜四通螺紋連接閥門圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明閥門用于一張圖內(nèi)只有一種閥門電動閥角閥

13、液動閥三通閥氣動閥四通閥減壓閥閘閥旋塞閥截止閥底閥球閥消聲止回閥隔膜閥碟閥溫度調(diào)節(jié)閥彈簧安全閥壓力調(diào)節(jié)閥平衡錘安全閥電磁閥自動排氣閥止回閥浮球閥氣開隔膜閥氣閉隔膜閥延時(shí)自閉沖洗閥腳踏開關(guān)放水龍頭疏水器皮帶龍頭室外消火栓灑水龍頭室內(nèi)消火栓(單口)化驗(yàn)龍頭室內(nèi)消火栓(雙口)肘式開關(guān)水泵接合器消防噴頭(開式)消防報(bào)警閥消防噴頭(閉式)衛(wèi)生器具及水池圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明水盆水紙用于一張圖只有一種水盆或水池立式洗臉盆洗臉盆浴盆化驗(yàn)盆、洗滌盆掛式小便器帶蓖洗滌盆蹲式大便器盥洗槽坐式大便器污水池淋浴噴頭婦女衛(wèi)生盆矩形化糞池HC為化糞池代號立式小便器圓形化糞池除油池YC為除油池代號放氣井沉淀

14、池CC為沉淀池代號泄水井降溫池JC為降溫池代號水封井中和池ZC為中和池代號跌水井雨水口水表井本圖例與流量計(jì)相同設(shè)備及儀表圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明泵用于一張圖只有一種泵管道泵離心水泵熱交換器真空泵水-水熱交換器手搖泵開水器定量泵噴射器磁水泵集氣罐過濾器除污器上圖:平面下圖:立面水錘消除器暖風(fēng)機(jī)浮球液位器溫度計(jì)攪拌器水流指示器散熱器上圖:平面下圖:立面壓力表自動記錄壓力表自動記錄流量計(jì)電接點(diǎn)壓力表轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量計(jì)減壓孔板暖通工程圖形符號 HYPERLINK /Quota/dejs/page/7-3-1.htm 線型 | HYPERLINK /Quota/dejs/page/7-3-2

15、.htm 風(fēng)管及部件 | HYPERLINK /Quota/dejs/page/7-3-3.htm 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備 | HYPERLINK /Quota/dejs/page/7-3-4.htm 閥門線型圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明粗實(shí)線細(xì)虛線中實(shí)線細(xì)點(diǎn)劃線細(xì)實(shí)線細(xì)雙點(diǎn)劃線粗虛線折斷線中虛線波浪線風(fēng)管及部件圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明風(fēng)管送風(fēng)管上圖為可見剖面下圖為不可見剖面排風(fēng)管上圖為可見剖面下圖為不可見剖面風(fēng)管測定孔異徑管柔性接頭中間部分也適用于軟風(fēng)管異形管(天圓地方)彎頭帶導(dǎo)流片彎頭圓形三通消聲彎頭矩形三通風(fēng)管檢查孔傘形風(fēng)帽筒形風(fēng)帽百葉窗錐形風(fēng)帽插板閥本圖例也適用于斜插板送

16、風(fēng)口蝶閥回風(fēng)口對開式多葉調(diào)節(jié)閥圓形散流器上圖為剖面下圖為平面光圈式啟動調(diào)節(jié)閥方形散流器上圖為剖面下圖為平面風(fēng)管止回閥防火閥電動對開多葉調(diào)節(jié)閥三通調(diào)節(jié)閥通風(fēng)空調(diào)設(shè)備圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明通風(fēng)空調(diào)設(shè)備左圖適用于帶傳動部分的設(shè)備,右圖適用于不帶傳動部分的設(shè)備加濕器空氣過濾器電加熱器消聲器減振器空氣加熱器離心式通風(fēng)機(jī)空氣冷卻器軸流式通風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)盤管噴嘴及噴霧排管風(fēng)機(jī)流向:自三角形的底邊至頂點(diǎn)擋水板壓縮機(jī)噴霧式濾水器閥門圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明安全閥膨脹閥散熱放風(fēng)門手動排氣閥散熱器三通閥(二)管道工程圖形符號 HYPERLINK /quota/dejs/page/7-2-1.

17、htm 管道及附件| HYPERLINK /quota/dejs/page/7-2-2.htm 管道的連接 | HYPERLINK /quota/dejs/page/7-2-3.htm 閥門 | HYPERLINK /quota/dejs/page/7-2-4.htm 衛(wèi)生器具及水池 | HYPERLINK /quota/dejs/page/7-2-5.htm 設(shè)備及儀表管道及附件圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明管道：用于一張圖內(nèi)只有一種管道四通連接管道：用漢語拼音字頭表示管道類別流向?qū)Ч埽河脠D例表示管道類別坡向交叉管：指管道交叉不連接，在下方和后面的管道應(yīng)斷開套管伸縮器三通連接波形伸縮

18、器弧形伸縮器管道滑動支架方形伸縮器保溫管也適用于防結(jié)露管防水套管多孔管軟管拆除管可撓曲橡膠接頭地溝管管道固定支架防護(hù)套管管道立管檢查口排水明溝清掃口排水暗溝通氣帽彎折管表示管道向后彎90雨水斗彎折管表示管道向前彎90排水漏斗存水彎圓形地漏方型地漏閥門套筒自動沖洗箱擋墩管道的連接圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明法蘭連接活接頭承插連接轉(zhuǎn)動接頭管堵管接頭法蘭堵蓋彎管偏心異徑管正三通異徑管斜三通乙字管正四通喇叭口斜四通螺紋連接閥門圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明閥門用于一張圖內(nèi)只有一種閥門電動閥角閥液動閥三通閥氣動閥四通閥減壓閥閘閥旋塞閥截止閥底閥球閥消聲止回閥隔膜閥碟閥溫度調(diào)節(jié)閥彈簧安全閥壓力調(diào)節(jié)閥平衡錘安全閥電磁閥自動排氣閥止回閥浮球閥氣開隔膜閥氣閉隔膜閥延時(shí)自閉沖洗閥腳踏開關(guān)放水龍頭疏水器皮帶龍頭室外消火栓灑水龍頭室內(nèi)消火栓(單口)化驗(yàn)龍頭室內(nèi)消火栓(雙口)肘式開關(guān)水泵接合器消防噴頭(開式)消防報(bào)警閥衛(wèi)生器具及水池圖 形 符 號說 明圖 形 符 號說明水盆水紙用于一張圖只有一種水盆或水池立式洗臉盆洗臉盆浴盆化驗(yàn)盆、洗滌盆掛式小便器帶蓖洗滌盆蹲式大便器盥洗槽坐式大便器污水池淋浴噴頭婦女衛(wèi)生盆矩形化糞池HC為化糞池