1、燃料電池介紹燃料電池介紹 一、燃料電池燃料電池 二、二、一、燃料電池一、燃料電池燃料電池（燃料電池（Fuel cell），是一種使用燃料進行化），是一種使用燃料進行化學反應產生電力的裝置，最早于學反應產生電力的裝置，最早于1839年年由英國的由英國的Grove所發明。最常見是以氫氧為燃料的質子交換所發明。最常見是以氫氧為燃料的質子交換膜燃料電池，由于燃料價格便宜，加上對人體無膜燃料電池，由于燃料價格便宜，加上對人體無化學危險、對環境無害，發電后產生純水和熱，化學危險、對環境無害，發電后產生純水和熱，20世紀世紀60年代年代應用在美國軍方，后于應用在美國軍方，后于1965年年應用應用于美國雙子星

2、座于美國雙子星座5號飛船。現在也有一些筆記型電號飛船?，F在也有一些筆記型電腦開始研究使用燃料電池。但由于產生的電量太腦開始研究使用燃料電池。但由于產生的電量太小，且無法瞬間提供大量電能，只能用于平穩供小，且無法瞬間提供大量電能，只能用于平穩供電上。電上。 德國海軍新一代燃料電池潛艇服役德國海軍新一代燃料電池潛艇服役 這艘這艘212型潛艇是世界上最現代化的常規潛艇。潛艇采用的型潛艇是世界上最現代化的常規潛艇。潛艇采用的燃料電池推進系統可使潛燃料電池推進系統可使潛 艇保持更長的潛航時間，更不容艇保持更長的潛航時間，更不容易被敵人探測到。易被敵人探測到。 甲醇燃料電池，燃料電池的層狀結構 燃料電池其

3、原理是一種燃料電池其原理是一種電化學電化學裝置，其組成與一般電池相裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正負極即燃料電極和正極即氧化劑電極極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限制了電池容量。而燃活性物質貯存在電池內部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。

4、電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續地發電。這里以氫除，燃料電池就能連續地發電。這里以氫-氧燃料電池為氧燃料電池為例來說明燃料電池例來說明燃料電池 氫氫-氧燃料電池反應原理氧燃料電池反應原理 這個反映是電觧水的逆過程。這個反映是電觧水的逆過程。電極應為：電極應為： 負極：負極：H2 +2OH-2H2O +2e- 正極：正極：1/2O2 +H2O+ 2e-2OH- 電池反應：電池反應：H2 +1/2O2=H2O 燃料電池車型能源

5、來自于燃料電池堆，燃料電池車型能源來自于燃料電池堆，而燃料電池堆可看做是一個小型發電而燃料電池堆可看做是一個小型發電站，能夠持續產生能源站，能夠持續產生能源 燃料電池燃料電池的優勢的優勢1，潔凈、安全的發電裝置，潔凈、安全的發電裝置從發電廠、工廠，以及汽車等排出的大量各種物從發電廠、工廠，以及汽車等排出的大量各種物質是造成大氣污染和地球溫暖化的主要原因。而質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燃機燃料電池可以替代這些正在使用的鍋爐和內燃機等。等。2，多燃料系統，多燃料系統在地球上，氫絕大多數是以化合物的形式存在。在地球上，氫絕大多數是以化合物的形式存在

6、。比如：氫氧化合物（水）和碳氫化合物?？梢宰鞅热纾簹溲趸衔铮ㄋ┖吞細浠衔?。可以作為燃料電池原料使用的碳氫化合物主要來源于天為燃料電池原料使用的碳氫化合物主要來源于天然氣、液化氣、石油和煤炭等化石燃料。可根據然氣、液化氣、石油和煤炭等化石燃料。可根據各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃料。料。3，高效率的發電裝置，高效率的發電裝置4，分散型的發電裝置，分散型的發電裝置規模最大的可以替代火力發電或核能發電，用于規模最大的可以替代火力發電或核能發電，用于商業發電。不需要龐大的設備，不需要變送電系商業發電。不需要龐大的設備，不需要變送電系統；與核能

7、相比，發生事故的危險性較小。可以統；與核能相比，發生事故的危險性較小?？梢越ㄔ诖蟪鞘械慕肌Ｒ幠Ｉ孕〉目梢越ㄔ谧≌〗ㄔ诖蟪鞘械慕肌Ｒ幠Ｉ孕〉目梢越ㄔ谧≌^、辦公樓、廠區甚至城市的中心地帶?？梢詼p區、辦公樓、廠區甚至城市的中心地帶?？梢詼p少因長距離輸送電力而產生的損耗。面向個人用少因長距離輸送電力而產生的損耗。面向個人用途的超小型燃料電池可以作為筆記本途的超小型燃料電池可以作為筆記本電腦電腦和移動和移動便攜電話的便攜電話的電源電源。燃料電池的類型燃料電池的類型堿性燃料電池（堿性燃料電池（AFC）采用氫氧化鉀溶液作采用氫氧化鉀溶液作為為電解電解液。液。質子交換膜燃料電池（質子交換膜燃料電池（

8、PEMFC）采用極薄的采用極薄的塑料薄膜作為其電解質。塑料薄膜作為其電解質。 磷酸燃料電池（磷酸燃料電池（PAFC）采用采用200高溫下的高溫下的磷酸作為其電解質。磷酸作為其電解質。熔融碳酸燃料電池（熔融碳酸燃料電池（MCFC） 固態氧燃料電池（固態氧燃料電池（SOFC）采用固態電解質采用固態電解質中國發展狀況中國發展狀況 在中國的燃料電池研究始于在中國的燃料電池研究始于1958年，原電子工業年，原電子工業部部天津天津電源研究所最早開展了電源研究所最早開展了MCFC的研究。的研究。70年代在年代在航天航天事業的推動下，中國燃料電池的研究事業的推動下，中國燃料電池的研究曾呈現出第一次高潮。其間曾

9、呈現出第一次高潮。其間中國科學院中國科學院大連化學大連化學物理研究所研制成功的兩種類型的堿性物理研究所研制成功的兩種類型的堿性石棉石棉膜型膜型氫氧燃料電池系統（千瓦級氫氧燃料電池系統（千瓦級AFC）均通過了例行）均通過了例行的航天的航天環境模擬試驗環境模擬試驗。1990年年中國科學院長春應中國科學院長春應用化學研究所用化學研究所承擔了中科院承擔了中科院PEMFC的研究任務，的研究任務，1993年開始進行直接年開始進行直接甲醇甲醇質子交換膜燃料電池質子交換膜燃料電池（DMFC）的研究。電力工業部）的研究。電力工業部哈爾濱哈爾濱電站成套設電站成套設備研究所于備研究所于1991年研制出由年研制出由7

10、個單電池組成的個單電池組成的MCFC原理性電池原理性電池 但是，由于多年來在燃料電池研究方面投入資金但是，由于多年來在燃料電池研究方面投入資金數量很少，就燃料電池技術的總體水平來看，與數量很少，就燃料電池技術的總體水平來看，與發達國家發達國家尚有較大差距。我國有關部門和專家對尚有較大差距。我國有關部門和專家對燃料電池十分重視，燃料電池十分重視，1996年和年和1998年兩次在年兩次在香山香山科學會議科學會議上對中國燃料電池技術的發展進行了專上對中國燃料電池技術的發展進行了專題討論，強調了自主研究與開發燃料電池系統的題討論，強調了自主研究與開發燃料電池系統的重要性和必要性。近幾年中國加強了在重要

11、性和必要性。近幾年中國加強了在PEMFC方方面的研究力度面的研究力度 國際發展狀況國際發展狀況 在在北美北美、日本和歐洲，燃料電池發電正、日本和歐洲，燃料電池發電正以奮起直追的勢頭快步進入工業化規模以奮起直追的勢頭快步進入工業化規模應用的階段，將成為應用的階段，將成為21世紀繼世紀繼火電火電、水、水電、電、核電核電后的第四代發電方式。燃料電后的第四代發電方式。燃料電池技術在國外的迅猛發展必須引起我們池技術在國外的迅猛發展必須引起我們的足夠重視，現在它已是能源、電力行的足夠重視，現在它已是能源、電力行業不得不正視的課題。業不得不正視的課題。 經濟性經濟性 燃料電池發電與常規的火電投資比較不能單考

12、慮電源投燃料電池發電與常規的火電投資比較不能單考慮電源投資，還應將長距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和資，還應將長距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和兩種兩種能源轉換能源轉換裝置的效率考慮在內。如此來計算綜合投資裝置的效率考慮在內。如此來計算綜合投資大型的火電廠每千瓦約為大型的火電廠每千瓦約為1.31.5萬元。發電消耗的燃料萬元。發電消耗的燃料為燃料電池的兩倍以上，按目前在中國天然氣最低市價為燃料電池的兩倍以上，按目前在中國天然氣最低市價（產地市價人民幣（產地市價人民幣1元元/m3）計算，當發電時間超過）計算，當發電時間超過70000h以后，用燃料電池發電將比用傳統的熱機發電更以后，用燃

13、料電池發電將比用傳統的熱機發電更經濟。在實際發電工程中還應考慮傳統的熱機發電占地面經濟。在實際發電工程中還應考慮傳統的熱機發電占地面積大，環境污染重的問題。隨著燃料電池發電技術的不斷積大，環境污染重的問題。隨著燃料電池發電技術的不斷完善，造價將不斷的降低，特別是在規模化生產后，其造完善，造價將不斷的降低，特別是在規?；a后，其造價將大幅度的下降，有理由相信，不久的將來這種發電方價將大幅度的下降，有理由相信，不久的將來這種發電方式會對傳統熱機發電構成挑戰。式會對傳統熱機發電構成挑戰。 二、二、一、制作氫氧燃料電池的設想一、制作氫氧燃料電池的設想 燃料電池是一種新型的化學電源，燃料電池是一種新型

14、的化學電源，是現在最引人注目的能源裝置之一，是是現在最引人注目的能源裝置之一，是高中化學教材新增添的學習內容。但教高中化學教材新增添的學習內容。但教材沒有安排燃料電池的演示實驗和學生材沒有安排燃料電池的演示實驗和學生實驗。因此我們就想自己研制燃料電池。實驗。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燃料電池的我們首先查閱了大量的有關燃料電池的資料，做了大量的實驗，通過不斷改進，資料，做了大量的實驗，通過不斷改進，最終研制出了一種不需用貴重金屬的簡最終研制出了一種不需用貴重金屬的簡易氫氧燃料電池。易氫氧燃料電池。二、燃料電池的定義二、燃料電池的定義 燃料電池是一種能夠持續的燃料電池是

15、一種能夠持續的通過發生在正極和負極的氧化還通過發生在正極和負極的氧化還原反應將化學能轉化為電能的能原反應將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池與常規電量轉換裝置。燃料電池與常規電池的區別在于，它工作時需要連池的區別在于，它工作時需要連續不斷地向電池內輸入燃料和氧續不斷地向電池內輸入燃料和氧化劑，只要持續供應，燃料電池化劑，只要持續供應，燃料電池就會不斷提供電能。就會不斷提供電能。三、燃料電池的工作原理三、燃料電池的工作原理 燃料電池由正極、燃料電池由正極、負極和離子導電的電負極和離子導電的電解質構成，其工作原解質構成，其工作原理與普通電化學電池理與普通電化學電池類似，燃料在負極氧類似，燃料

16、在負極氧化，氧化劑在正極還化，氧化劑在正極還原，電子從負極通過原，電子從負極通過負載流向正極構成電負載流向正極構成電回路，產生電流?；芈?，產生電流。燃料燃料氧化劑氧化劑負極負極正極正極電電 解解 質質導電離子導電離子四、氫氧燃料電池的工作原理四、氫氧燃料電池的工作原理2e-2e-氫氣氫氣 H2OHH+OH OH-A氧氣氧氣 負極負極 正極正極五、氫氧燃料電池的裝置五、氫氧燃料電池的裝置石墨電極石墨電極Na2SO4溶液溶液 電解槽電解槽 石墨電極均為普通石墨電極均為普通1 1號干電池的碳棒號干電池的碳棒, , 電電解槽為化學實驗室盛裝石蕊試紙的塑料盒。解槽為化學實驗室盛裝石蕊試紙的塑料盒。六、通

17、直流電制取氫氣和氧氣六、通直流電制取氫氣和氧氣石墨電極石墨電極Na2SO4溶液溶液 電解槽電解槽 給電池通給電池通14V14V直流電至兩個電極上吸附直流電至兩個電極上吸附著較多氣泡為止。著較多氣泡為止。（陽極）（陽極）4OH- 4e- = O2 + 2H2O （陰極）（陰極）4H+4e- = 2H2 七、氫氧燃料電池帶動小電器七、氫氧燃料電池帶動小電器石墨電極石墨電極Na2SO4溶液溶液 電解槽電解槽 電池中附有氫氣的碳棒為負極，附電池中附有氫氣的碳棒為負極，附有氧有氧氣的碳棒為正極氣的碳棒為正極。電子鐘電子鐘可走數十可走數十分鐘分鐘（+）O2+ 4e- + 4H+= 2H2O （-）2H2-4e- + 4OH- = 4H2O 石墨電極石墨電極Na2SO4溶液溶液 電解槽電解槽 電池中附有氧氣的碳棒為正極，附電池中附有氧氣的碳棒為正極，附有氧有氧氣的碳棒為正極氣的碳棒為正極。電子賀卡電子賀卡賀卡發出紅光賀卡發出紅光和音樂聲音和音樂聲音 七、氫氧燃料電池帶動小電器七、氫氧燃料電池帶動小電器八、該氫氧燃料電池的優點八、該氫氧燃料電池