文档介绍：氢能、燃料电池及其
第四章燃料电池电动汽车
动力系统
氢能、燃料电池及其动力系统氢能
燃料电池的结构及性能燃料电池概述
燃料电池电动汽车实例分析燃料电池发动机
氢能氢能
¾ 现在生活和生产用能¾ 氢气具有比任何燃料都高的比能量
◇固定能源:电网的电(水电、火电、核电、风能发
比能量能量密度
电、太阳能发电等) 燃料
(Wh/kg) (Wh/L)
◇移动动力源:以石油为代表的液体燃料(汽车、飞机(Wh/kg) (Wh/L)
等) 压缩氢气a 33600 600
◇化学电源:电池(手机、各种小型电动工具) 液态氢气b 33600 2400
¾ 后石油时代大型移动动力源(如汽车动力源)的解决方案储氢镁 2400 2100
◇生物燃料如生物柴油、乙醇等
储氢钒 700 4500
◇开发高比能量、高比功率的二次电池,发展电动车
甲醇 5700 4500
◇以氢为能量载体,用燃料电池发电(即所谓氢能经济) 甲醇 5700 4500
汽油 12400 9100
a:环境温度***@20MPa压力;b:低温环境***@
氢能氢能
¾ 氢能时代的能源系统¾ 氢能来源
◇矿物燃料制氢
适合作小型
车车载能源
1
氢能氢能
¾ 储氢方法
(1)压缩氢气(CHG)
¾ 氢能来源将CHG装在20~35MPa玻璃纤维加强的铝瓶中。
◇再生能源电解制氢◇优点:质量轻、成本低、技术成熟以及燃料补充迅速等。
◇缺点:体积大、存在安全问题。
(2)液态氢
冷冻氢气至-253℃以下,形成液态氢,并储存在低温容器中。
◇优点:体积小、能量密度高、燃料补充迅速。
◇缺点:生产成本和销售成本昂贵,具有挥发性等。
(3)储氢金属
使氢气与金属镁和钒反应形成储氢金属,储氢反应是可逆的并
减少垃圾与分解温度有关(最高可达300℃)。
◇优点:尺寸紧凑、使用安全等。
◇缺点:氢气分离温度高(储氢镁分离温度287℃)以及相对较低
的比能量(储氢钒比能量为700Wh/kg)。
※纳米材料储氢······
氢能燃料电池概述
¾ 储氢方法¾ 燃料电池(Fuel Cell)是一种把燃料氧化的化学能直
压缩氢气罐接转换为电能的“发电装置”。
(问世于1839年)
超越3号 Ford
FCEV Focus
FCEV
质子交换膜熔融碳酸盐
燃料电池燃料电池
燃料电池概述燃料电池概述
燃料电池组成与基本工作原理
¾ 燃料电池组成与基本工作原理¾ 燃料电池堆
阳极燃料电极:为燃料和电解液提供了接触面,在
(1)阳极(燃料电极):为燃料和电解液提供了接触面,在由于单元燃料电池产生的电压很低(),须将
催化剂作用下发生氧化反应并输出电子到外电路。
它们串联连接,构成“燃料电池堆”,才能得到所
(2)阴极(氧气电极):为氧气和电解液提供了接触面,在需工作电压。
催化剂作用下发生还原反应并从外电路接受电子。
(3)电解液:用于在阳极和阴极之间传递燃料反应的离
子。
子。 e-
总反应式:2H2 + O2→ 2H2O - 阳极阴极+
阳极电解液阴极
燃料与氧化剂经催化剂作用, 排放排放
( (
( 燃料氧化反应( 氧气还原反应
(
经过电化学反应生成电能和水。( 离子传导
燃料) 氧气
燃料) 氧气
) )
) )
2
燃料电池概述燃料电池概述
¾ 燃料电池种类
¾ 燃料电池堆
◇按燃料电池运行机理分类:酸性燃料电池和碱性燃料电池。
◇采用双极板实现单元燃料电池的◇按燃料电池运行机理分类:酸性燃料电池和碱性燃料电池。
◇按电解质种类分类: 碱性燃料电池、磷酸燃料电池
连接。◇按电解质种类分类: 碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池
(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电
◇同一块双极板的两个侧面,分别池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。
与相邻单元燃料电池的阴极和阳◇按燃料电池工作温度分类:低温型(温度低于200℃,如质子
极接触。交换膜燃料电池)、中温型(温度为200~700℃) 、高温型(温
◇双极板还起到将氢送到阳极,将度高于750℃,如熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电