質子交換膜燃料電池調研報告

2023〔論文〕實習〔調研〕報告3調研報告21等多領域的應用取得格外有意義的進展。國際燃料電池技術的進展狀況興旺國家都將大型燃料電池的開發(fā)作為重點爭論工程，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術的爭論與開發(fā)，現(xiàn)在已取得了很多重要成果，使得燃料電池馬上取代傳統(tǒng)發(fā)電機及內燃機而廣泛應用于發(fā)電及汽車上。值得留意的是這種重要的型發(fā)電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供給、電網調峰問題，2MW、4.5MW11MW業(yè)化生產，各等級的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些興旺國家建成。燃料電池的進展創(chuàng)將如百年前內燃機技術突破取代人力造成工業(yè)革命，也像電腦的制造普及取代人力的運算繪圖及文書處理的電腦革命，又如網絡通訊的進展轉變了人們生活習慣的信息革命。燃料電池的高效率、無污染、建設21如今，在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正以急起直追的勢頭快步進入工業(yè)化規(guī)模應用的階段，將成為電方式。燃料電池技術在國外的迅猛進展必需引起我們的足夠重視，現(xiàn)在它已是能源、電力行業(yè)不得不正視的課題。中國燃料電池技術的進展狀況中國早在池關鍵材料、關鍵技術的創(chuàng)方面取得了很多突破。中國政府格外留意燃料電池的爭論開發(fā)，間續(xù)開發(fā)出百瓦級-30kW動汽車等。燃料電池技術特別是質子交換膜燃料電池技術也得到了快速發(fā)展，開發(fā)出60kW75kW等多種規(guī)格的質子交換膜燃料電池組，開發(fā)出電動轎車用凈輸出100kW燃料電池技術跨入世界先進國家行列。替代品是當務之急。由于氫能的優(yōu)勢明顯，清潔、高效，因此得到各國政府的大力支持，加上各種能源動力企業(yè)對燃料電池的進展信念十足，所以燃料電池將來市場將有巨大的上升空間。術進步與規(guī)模經濟效益，燃料電池的生產本錢與使用本錢將下降，競爭力提高，燃料電池潛在的市場將會逐步進展起來?，F(xiàn)在對于便攜式燃料電池的需求相當少，但便攜式燃料電池市場將是從現(xiàn)在到 甚至更長時間增長最快的市場。應用于消費電子產品的燃料電池系統(tǒng)在最近幾年中就會商業(yè)化。然連電池的優(yōu)點(1)高效燃料電池按電化學原理等溫地直接將化學能轉化為電能。它不通過熱機過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制。在理論上它的熱電轉化效率可達85%～90%。但40%～60%80%以上。(2)環(huán)境友好40%以上，這對緩解地球的溫室的化學反響產物僅為水,從根本上消退了氮的氧化物、硫的氧化物及二氧化碳等的排放。安靜40kW4.6m60dB4.5MW11MW55dB牢靠性高生的惡性事故。燃燒電池系統(tǒng)發(fā)生的唯一事故就是效率降低。敏捷性模無關，可依據用戶需求而增減發(fā)電容量。燃料的缺點來看，燃料電池仍有很多缺乏之處，使其尚不能進入大規(guī)模的商業(yè)化應用。主要歸納為登記幾個方面：市場價格昂貴；高溫時壽命及穩(wěn)定性不抱負；燃料電池技術不夠普及；沒有完善的燃料供給體系。離子導體，如以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯膜為電解質。100℃)燃料電池；它包括堿性與質子交換膜燃料電池；中溫燃料電池(工作溫度在100～300℃)，它包括培根型堿性燃料電池和磷酸型燃料電池。高溫燃料電池(工作溫600～1000℃)，它包括熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。電池類型堿性燃料電3-1主要燃料電池及其特性磷酸燃料電 質子交換膜熔融碳酸鹽固體電解質池AFC池PAFC 燃料電池PEMFC電池MCFC電池SOFC工作溫度50～200℃150～220℃ 60～80℃600～700℃900～1050℃燃料H2H2 H2H2-COCH4H2-COCH4氧化劑O2空氣 空氣空氣+CO2空氣電解質KOHH3PO4 質子交換膜(K,Li)2CO3Y2O3,ZrO2陽極催化PtPt PtNiNi,ZrO2劑陰極催化劑PtPt PtNiOLa-Sr-MnO2應用共發(fā)電，輕 電站機動車便電源 輛便攜電源共發(fā)電共發(fā)電電能對于一個氧化復原反響，如：[O]+[R]→P[O]代表氧化劑，[R]代表復原劑，P代表反響產物。[O]的復原反響，一[R]e-代表電子，即有：[R]→[R]++e-[R]++[O]+e-→P[R]+[O]→P陽極過程為：H→2H++2e-2陰極過程為：1/2O+2H++2e-→HO2 2總反響為：H+1/2O=HO2 2 2構成燃料電池的關鍵材料與部件包括：電極、隔膜與雙極板。電極0.2～0.5mm。它通常分為兩層。一層為集中層或稱支撐層，它由導電多孔材料制備，起到支撐催化劑層、收集電流與傳導氣體和反響產物(如水)厚度僅為幾微米至數十微米。早期為滿足特別要求，有時0.2～0.5mm厚的電極性能、電極材料的選擇與電極的制備技術。隔膜氫氧化鉀磷酸和熔融的鋰——鉀碳酸鹽)靠毛細力浸入膜的孔內，其導電離子為2023〔論文〕實習〔調研〕報告膜材料與其制備技術。雙極板〔如氫和氧)均勻安排到電極各處，再傳送到電極催化劑層進展電化學反響。雙極板板涉及的關鍵技術是材料的選擇、流體流淌的流場設計與其加工技術。質子交換膜燃料電池發(fā)電機理質子交換膜燃料電池(PEMFC)由假設干單電池串聯(lián)而成。單電池由外表涂有催理如下圖反響為：陽極過程為：H→2H++2e-2陰極過程為：1/2O+2H++2e-→HO262023〔論文〕實習〔調研〕報告11總反響為：H+1/2O=HO2 2 2由總反響式可以看出，PEMFC在發(fā)電的同時還產生了純水。質子交換膜燃料電池的主要特點加工取得，來之不盡、取之不竭。純水。(4)能源轉換效率高。因其工作溫度低，能耗少，能源轉換效率理論上可高80%，50%～60%。置，只要不斷供給原料就可連續(xù)發(fā)電，而且電性能穩(wěn)定。21十大高科技之首。世界先進國家紛紛投入巨大人力、財力研制開發(fā)這一技術。雙極板的功能與要求雙極板是質子交換膜燃料電池的一個很重要的課題，由于這類電池的MEA80%的質量。雙極板的功能在于收集電流并將其從一個電池的陽極傳導到下一個電池的陰極，同時在陽極外表均勻地安排燃料氣體，在陰極外表均勻安排氧氣/空氣。于電池的密封。出如下：·電導率必需>10S·cm-1；·必需在接觸酸性電解質、氧氣、氫氣和潮濕的條件下都具有抗腐蝕力量；·必需具有肯定的硬度，彎曲強度>25MPa；·價格盡可能低廉。雙極板材料還必需能滿足下述可加工性要求：·為了取得最小的電堆體積，雙極板必需盡可能的?。弧榱私档碗姸奄|量，雙極板必需很輕；·生產循環(huán)周期必需足夠短。雙極板的材料雙極板材料的選擇一般考慮到如下幾點:電池環(huán)境下的化學穩(wěn)定性及抗腐蝕材料的強度。目前廣泛爭論中的材料可大致分為以下幾類：(1)石墨材料；(2)(3)金屬。石墨材料阻小，因而，常被用作開發(fā)其它材料雙極板的參照體系[3]。但是，石墨的孔隙墨雙極板的實際應用。復合材料復合雙極板是承受薄金屬板或其它強度高的導電板作為分隔板，厚度很薄，墨油氈作為流場板。這樣，不但可以提高電池組的體積比功率和重量比功率，而且結合了石墨板和金屬板的優(yōu)點。但，現(xiàn)今的雙極板產量還較低，因此在昂貴的注射機器設備及模具方面投資還具有肯定的風險[4]。而且，這種材料能否在電池工作環(huán)境中仍能長期的保持機械、化學穩(wěn)定仍未知。金屬材料金屬材料是被爭論最多的雙極板材料，與石墨相比，具有更好的機械性能，更好的導電性且不透氣，加工性能好。鋁、不銹鋼、鈦、鎳都是可選的材料。其〕關。鎳，鉻含量的增加可導致不銹鋼外表氧化膜變薄，因而使電池性能提高，接觸電阻降低。WangCr含量的影響，結果說明Cr含量越高，不銹鋼外表越穩(wěn)定。雖然多數爭論結果說明，高合金鋼〔特別是高鉻，鎳或鉬〕化學氣相沉積〔CVD〕等離子噴涂，濺射等手段在金屬外表形成上述化合物是格外有進展前途的薄層金屬板改性方法。PVD簡介PVDPhysicalVaporDeposition的縮寫，中文意思是“物理氣相沉術。PVD鍍膜技術的原理離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質及其反響產物沉積在工件上。PVD的種類PVD的根本鍍膜技術有真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍膜等真空蒸鍍華，飛至工件外表分散成膜。濺射鍍膜上沉積的技術。離子鍍膜離子或被蒸發(fā)物質粒子轟擊作用的同時，將蒸發(fā)物或其反響物沉積在基底上。有膜層附著力強、繞射性好、可鍍材料廣泛等優(yōu)點。PVD鍍膜膜層的特點〔低摩擦系數〕、很工件的外觀裝飾性能。PVD鍍膜與傳統(tǒng)化學電鍍〔水電鍍〕的異同層的性能也更穩(wěn)定；PVDTiNTiN觀看恒電位極化后的外表形貌，分析其對TiN涂層不銹鋼耐蝕性的影響；試驗數據處理、完成論文。學校具備較完善的試驗室和圖書館供學生使用。參考文獻衣寶廉.燃料電池——原理·技術·應用.北京：化學工業(yè)出版社，2023.王林山,李瑛.燃料電池.北京：冶金工業(yè)出版社，2023.James[英]，朱紅譯.燃料電池系統(tǒng)——原理·設計·應用.北京：科學出版社，2023.孫秋霞.材料腐蝕與防護.北京：冶金工業(yè)出版社，2023.錢苗根姚壽山張少宗.現(xiàn)代外表技術.北京：機械工業(yè)出版社，2023.DaviesDP,AdcockPL,TurpinMetal.Stainlesssteelasabipolarplatematerialforsolidpolymerfuelcells,J.PowerSources,2023.WangH,SweikartMA,TurnerJA.Stainlesssteelasabipolarplatematerialforpolymerelectrolytemembranefuelcells.J.PowerSources,2023.SzuhuaWang,JinchyauPeng,WaibunLui.SurfacemodificationanddevelopmentoftitaniumbipolarplatesforPEMfuelcells.J.PowerSources,2023.MehtaV,CooperJS.Review andanalysisofPEMfuelcelldesignandmanufacturing.J.PowerSources,2023.KuzelRandCernyR.ComplexXRDmicrostructuralstudiesofhardcoatingsappliedtoPVD