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1、目前使用的种类,熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)磷酸燃料电池(PAFC)固体高分子燃料电池(PEFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC),工作原理,氢燃料电池本质是水电解的“逆”装置,主要由3 部分组成,即阳极、阴极、电解质。其阳极为氢电极,阴极为氧电极。通常,阳极和阴极上都含有一定量的催化剂,用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。,以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:(1)氢气通过管道或导气板到达阳极;(2)在阳极催化剂的作用下,1 个氢分子解离为 2 个氢质子,并释放出 2 个电子,阳极反应为:(3)在电池的另一端,氧气(或空气)通
2、过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:总的化学反应为:电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。,氢燃料电池的应用,氢燃料电池车的工作原理,将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于
3、供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水(蒸气)带走,就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。,与传统汽车相比,燃料电池车能量转换效率高达6080%,为内燃机的23倍。燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。,各种氢燃料电池车,通用雪佛兰Equinox氢燃料电池车,一次性加满氢燃料后的最大行驶里程约为240公里,帕萨特领驭燃料电池轿车,
4、一次加满燃料的续航里程达 235 公里,最高时速为 145 公里/小时。与传统燃料、汽油等车型相比,能量转换效率高达 80%,是普通内燃机的 3 倍。,凯迪拉克Provoq概念车,这款车搭载最新 e-flex 氢燃料电池驱动系统,通过氢燃料转化成电能作为动力。该车一次续航里程可达 483公里,百公里加速仅为 8.5 秒。上市时间 2011 年。,现代i-Bule概念车,这是一款全新的 2+2 多用途 CUV 车型,搭载氢燃料电池,最大功率达 136 马力。充满氢燃料后,续航距离能达 600 公里,它的最高车速为 165 公里/小时。上市时间 2012 年。,推出的氢燃料电池999型汽车最高时速
5、可达每小时207.3英里,福特,氢动3号,戴姆勒-克莱斯勒氢燃料电池Citaro公共汽车,农业机械品牌妞荷兰(NEW HOLLAND)推出了以氢燃料电池为动力的拖拉机,它的名字叫NH2,可以驱动一台106马力的电动机,四轮驱动,氢的制取,目前,获得氢燃料的方法有很多种,比如分解水、裂解石油和煤、分解植物等,但是最环保而且最可持续的方法还是电解水,因为水作为氢能源的原料是可以循环利用的。能源公司从大自然中获取水分解成氢燃料,氢燃料燃烧后变成水回到大自然。更妙的是,用水分解获得氢燃料不但不会产生污染物,而且会生成氧气这种很好的工业原料;而氢燃料燃烧后也不会生成污染物。,制氢方法对比,电解水制氢主要
6、问题:能耗高,效率低各国科学家正在开发高效水电解法:例如:日本开发的高温加压水电解法,效率达到7 5,美国通用电气公司开发的SPE 法,效率达90。,生物制氢(发酵制氢和光合制氢)优点:过程大都在室温和常压下进行,不仅消耗小,环境友好,还可以充分利用各种废弃物。缺点:光能利用率低、产氢量小等,离大规模的工业化生产尚有距离。,太阳能制氢(光解水和氧化物还原)用阳光分解水是种最理想的方法,也可能是未来制造氢气的基本方法。地球的水资源极其丰富,太阳能也堪称取之不尽的能源但是,水分子中氢和氧原子结合的化学键相当稳定,想用光分解水就必须使用催化剂。日本科学家研制成了分解水的新型催化剂,在阳光的可见光波段
7、就能把水分解为燃料电池所必需的氧和氢。但这种方法也存在光电转化效率低的问题。,核能制氢核电为电解水制氢提供电力;反应堆中的核裂变过程所产生的高温直接用于热化学制氢。与电解水制氢相比,热化学过程制氢的效率较高,成本较低。,国内制氢工艺技术,国内制氢工艺主要有电解水制氢和以煤、石油脑、炼厂气、焦炉气、天然气为原料在高温下进行蒸汽转化的制氢工艺。一些合成氨装置、甲醇装置将含氢尾气等气体利用变压吸附技术回收少量的氢气。,太阳能热化学循环制氢,首先,由太阳能聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温。然后由这些高温推动产氢的化学反应以制取氢气。目前,国内外广泛研究的热化学制氢反应有水的热分解(thermoly
8、sis)、H2S 的热分解和热化学循环水分解。,病毒提取氢,提出者:美国女科学家安琪拉贝尔彻M13病毒进行基因改造后,再让它吸附一个催化剂分子氧化铱和一个吸光物质锌卟啉,吸光物质源源不断地将阳光沿着病毒传递。在这样一个过程中,病毒充当了太阳能的传输通道,可以把太阳能从吸光物质传输到催化剂。在催化剂和太阳能的共同作用下,水就分解成了氢气和氧气。把氢气进行液化和压缩,就变成了高效清洁的绿色能源。比起太阳能电池板分解氢气,用病毒制造氢气的效率提高了4 倍。,2008年6月,日本Genepax公司在大阪发布了仅需要1公升水即可以80公里的时速行驶一小时的车。声称:只要不断加水,这辆车就可以作无距离限制的行驶。该车使用了膜电极组(Membrane Electrode Assembly,MEA)的技术该技术可以将水通过化学反应分解为氢气和氧气,进而以此推动汽车前进。此技术成功地让MEA利用水生产出氢来。该公司表示,这一化学过程类似于氢化金属和水反应产生氢,但他们表示这种技术效率是目前为止最先进的,比现有的技术效率更高,成本也更低,能让水产生更长时间的氢。在该新技术下,新型的燃料电池只需水和空气就能制造出氢,因此就可以不用再配备贮存高压氢的油箱了。而且,膜电极组不需要特殊的催化剂,只需一些稀有金属如铂,这在现有的系统中也存在。据测算,其使用寿命可达1年以上。,谢谢,