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燃料电池实验报告
篇一：燃料电池综合特性实验报告
燃料电池综合特性实验
【实验背景】燃料电池以氢和氧为燃料，通过电化学反应直接产生电力，能量转换效率高于燃烧燃料的热机。燃料电池的反应生成物为水，对环境无污染，单位体积氢的储能密度远高于现有的其它电池。因此它的应用从最早的宇航等特殊领域，到现在人们积极研究将其应用到电动汽车，手机电池等日常生活的各个方面，各国都投入巨资进行研发。按燃料电池使用的电解质或燃料类型，可将现在和近期可行的燃料电池分为碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池6种主要类型，本实验研究其中的质子交换膜燃料电池。
能源为人类社会发展提供动力，长期依赖矿物能源使我们面临环境污染之害，资源枯竭之困。为了人类社会的持续健康发展，各国都致力于研究开发新型能源。未来的能源系
统中，太阳能将作为主要的一次能源替代目前的煤，石油和天然气，而燃料电池将成为取代汽油，柴油和化学电池的清洁能源。
【摘要】燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池(pem)以其高功率密度、高能量转换效率、可低温启动、环境友好等突出优点而受到瞩目。本实验包含太阳能电池发电（光能—电能转换），电解水制取氢气（电能—氢能转换），燃料电池发电（氢能—电能转换）几个环节，形成了完整的能量转换，储存，使用的链条。本实验通过研究燃料电池的工作原理，测量其输出特性，计算燃料电池的最大输出功率及效率并验证法拉第电解定律。测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率等。
【关键词】燃料电池，电解池，太阳能电池
【正文】
一、实验目的：
1、了解燃料电池的工作原理。
2、观察仪器的能量转换过程：
光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）→燃料电池→电能
3、测量燃料电池输出特性，做出所测燃料电池的伏安
特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。计算燃料电池的最大输出功率及效率。
4、测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。
5、测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率，填充因子等特性参数。
二、实验原理：
1、燃料电池
质子交换膜(pem，protonexchangemembrane)燃料电池在常温下工作，具有启动快速，结构紧凑的优点，最适宜作汽车或其它可移动设备的电源，近年来发展很快，其基本结构如图l所示。目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄腆，厚度0.05~0.lmm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。催化层是将纳米量级的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2～0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。教学用燃料电池采用有机玻璃做流场板。
进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为：
h2=2h+2e(l)
氢离子以水合质子h+(nh2o)的形式，在质子交换膜中从一个璜酸基转移到另一个璜酸基，最后到达阴极，实现质子导电，质子的这种转移导致阳极带负电。
在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为：
o2+4h+4e=2h2o(2)
阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。总的化学反应如下：
2h2+o2=2h2o(3)
（阴极与阳极：在电化学中，失去电子的反应叫氧化，得到电子的反应叫还原。产生氧化反应的电极是阳极，产生还原反应的电极是阴极。对电池而言，阴极是电的正极，阳极是电的负极。）
2、水的电解
将水电解产生氢气和氧气，与燃料电池中氢气和氧气反应生成水互为逆过程。
水电解装置同样因电解质的不同而各异，碱性溶液和质子交换膜是最好的电解质。若以质子交换膜为电解质，可在图1右边电极接电源正极形成电解的阳极，在其上产生氧化反应2h2o=o2+4h?+4e。左边电极接电源负极形成电解的阴极，阳极产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极后，产生还原反应2h?+2e=h2o即在右边电极析出氧，左边电极析出氢。作
燃料电池或作电解器的电极在制造上通常有些差别，燃料电池的电极应利于气体吸纳，而电解器需要尽快排出气体。燃料电池阴极产生的水应随时排出，以免阻塞气体通道，而电解器的阳极必须被水淹没。
3、太阳能电池
太阳能电池利用半导体p-n结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面p-n结，图2为p-n结示意图。
p型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。n 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成p-n结时，n区的电子（带负电）??
向p区扩散，p区的空穴（带正电）向n区扩散，在p-n 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过p-n结的净电流为零。在空间电荷区内，p区的空穴被来
自n区的电子复合，n区的电子被来自p区的空穴复合，使
燃料电池原理与发展 燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。 近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂和质子交换膜燃料电池电厂。燃料电池的结构与普通电池基本相同，有阳极和阴极，通过电解质将这两个电极分开。与普通电池的区别是，燃料电池是开式系统。它要求连续供应化学反应物，以保证连续供电。其工作原理：燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 介绍一下熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述 1.1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。总体上，燃料电池具有以下特点： (l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 (2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
高中化学复习知识点：燃料电池原理及优点 一、单选题 1．甲醇-空气燃料电池的反应为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，下列有关说法正确的是（） A．甲醇-空气燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O B．一定温度下，反应2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)能自发进行，该反应的ΔH＞0 C．根据共价键的键能可以准确计算CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(l)的ΔH D．标准状况下，甲醇-空气燃料电池放电时消耗5.6LO2，转移电子的数目约为3.01×1023 2．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质，下列叙述不正确的是() A．H2在负极发生氧化反应B．燃料电池的能量转化率可达100% C．是一种高效、环保的发电装置D．供电的总反应为：2H2 + O2＝ 2H2O 3．为了强化安全管理，某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是 A．石墨电极作正极，发生还原反应 B．铂电极的电极反应式：C8H18＋16H2O－50e-===8CO2↑＋50H+ C．H+由质子交换膜左侧向右侧迁移 D．每消耗5.6 L O2，电路中通过1 mol 电子 4．一种以肼(N2H4)为燃料的新型环保电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极A的电势比电极B的低 B．电极A的电极反应式为N2H4－4e－+4OH－=N2+4H2O C．电极B发生氧化反应 D．每消耗11.2L的O2，转移的电子数为2N A 5．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，如图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。下列有关说法正确的是( ) A．电极b为电池的负极B．电子由电极a沿导线流向b C．电池反应为C＋CO2===2CO D．煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低 6．一种新型固氮燃料电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．通入H2的电极上发生还原反应 B．正极反应方程式为N2＋6e－＋8H＋=2NH4+ C．放电时溶液中Cl－移向电源正极 D．放电时负极附近溶液的pH增大 7．如图为纳米二氧化锰燃料电池，其电解质溶液呈酸性，已知（CH2O）n中碳的化合价为0价，有关该电池的说法正确的是（） A．放电过程中左侧溶液的pH降低 B．当产生22gCO2时，理论上迁移质子的物质的量为4mol
汽车新能源技术应用与发展毕业论文 目录 第1章研究汽车新能源技术的目的与意义 (1) §1.1研究的目的 (1) §1.2研究意义 (1) 第2章国外汽车新能源技术研究现状 (2) §2.1国外的相关研究 (2) §2.1.1政府高度重视汽车新能源的开发利用 (2) §2.1.2政府推动电动汽车研发和推广 (2) §2.2国的相关研究 (3) §2.2.1政府大力支持新能源汽车产业 (3) §2.2.2国新能源汽车取得重大发展 (3) 第3章汽车新能源的类型 (5) §3.1纯电动汽车 (5) §3.1.1纯电动汽车的类型 (5) §3.1.2纯电动汽车的结构原理 (6) §3.2混合动力电动汽车 (6) §3.2.1混合动力电动汽车的结构类型 (6) §3.2.2不同类型的混合动力电动汽车的比较 (8) §3.3燃料电池电动汽车 (9) §3.3.1 燃料电池电动汽车的类型 (9) §3.3.2燃料电池电动汽车的结构原理 (10) §3.4气体燃料汽车 (11) §3.4.1天然气汽车 (11) §3.4.2液化石油气汽车 (11) §3.5生物燃料汽车 (12) §3.5.1甲醇燃料汽车 (12) §3.5.2乙醇燃料汽车 (12)
§3.5.3二甲醚燃料汽车 (12) §3.6氢燃料汽车 (12) §3.7太阳能汽车 (13) 第4章汽车新能源的主要比较与发展 (14) §4.1各种新能源汽车技术的特点分析与展望 (14) §4.1.1纯电动汽车 (14) §4.1.2混合动力电动汽车 (14) §4.1.3燃料电池电动汽车 (15) §4.1.4 气体燃料汽车 (15) §4.1.5生物燃料汽车 (16) §4.1.6氢燃料汽车 (16) §4.1.7太阳能汽车 (16) §4.2能量转换效率的比较 (17) §4.3减少耗油量的比较 (17) §4.4减少碳排放的比较 (18) §4.5各种能源方案优缺点中和分析 (18) §4.6电动汽车的应用缺陷和瓶颈 (19) 第5章电动汽车应用的解决方式 (20) §5.1整车充电模式 (20) §5.1.1常规充电 (20) §5.1.2快速充电 (20) §5.2更换电池模式 (21) §5.2.1电池租赁 (21) §5.2.2电池的快速更换 (21) §5.2.3电池的维护 (21) 第6章未来电动汽车充电技术的发展方向 (23) §6.1整车充电中的慢速充电方式可以充分利用 (23) §6.2换电池模式属于能源新物流模式 (23) §6.3无线快速充电将成为最理想充电方式 (23) §6.4快速充电大量发展将带来电网谐波污染 (23) 结论 (24)
概述 燃料电池技术可以为任何需要电力的装置提供清洁、高效并且可靠的电能。燃料电池已经在某些应用领域取代其它能源供应设施，应用于便携式、固定式及汽车领域，从电池充电器到家庭供热系统以及汽车动力来源，到目前为止，燃料电池是应用范围最广的能源解决方案。 在这篇行业回顾总结的开篇，首先对燃料电池技术进行系统的介绍，并且对现行使用的6种主要燃料电池进行讨论分析。同时还对燃料电池技术的发展史加以简介，从1839年William Grove发明燃料电池技术开始直到20世纪的一系列研发活动，例如燃料电池在太空项目中的应用，直到2007年开始在某些应用领域出现燃料电池技术的商业化使用。 在产业发展现状一章，我们对2007年到2010年之间燃料电池装置和兆瓦级燃料电池装置的出货量进行了统计，并对2011年的出货量进行了预测，并按照应用、区域、电解质、燃料研发进展和基础设施分类进行分析。本文最后一部分对燃料电池的未来应用前景进行了展望，并对一些验证项目以及商业推广方案进行了分析。 在近5年时间内，燃料电池的出货量增长了将近20倍，并且与往年同期数字相比装置及兆瓦级装置的出货总量逐年增加。2010年，燃料电池总出货量比2009年高出40%，并创下了历史新高（共230,000台装置）。其中便携式燃料电池装置占据总量的95%，并且其他应用领域的燃料电池数量也在稳固增加。2010年世界范围内所销售的燃料电池有超过97%的装置使用的是质子交换膜燃料电池（PEMFC），而且大多使用氢作为燃料。自2009年起，欧洲已经成为世界燃料电池应用领军地区，紧随其后的是北美州和亚洲（包括日本），所有这4个地区（全球除上述3个地区之外的区域）的燃料电池出货量均有逐年增加之势。 鉴于燃料电池应用领域多样性的增加及其应用速度的不同，Fuel Cell Today这篇回顾分析报告认为已经不适合再将燃料电池产业作为一个统一的整体看待，并且从整体上也不能给出准确的描述，因为许多截然不同的商业应用领域共享同样的技术但是开发速度却截然不同。 便携式应用领域 依照燃料电池的出货量，便携式燃料电池应用领域范围是最大的，并且利润丰厚。自2007年始，其每年出货量至少占燃料电池总出货量的75%。燃料电池玩具和教育装置的出货量增长势头强劲，在5年多的时间内一直在便携式燃料电池应用领域占统治地位。
燃料电池原理及习题解答 在中学阶段，掌握燃料电池的工作原理和电极反应式的书写是十分重要的。所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应式的书写也同样是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式一般分为三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。 1、燃料电池总反应方程式的书写 因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。 2、燃料电池正极反应式的书写 因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。 ⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸） 在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。 ⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液） 在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O +4e-=4OH-。 ⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物） 在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。 ⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇） 该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。
FCEV的发展前景与展望 班级：汽电112 姓名：周浩宇 学号：111606213 指导老师：王强 日期：2013年5月21日
FCEV的发展前景与展望 一、燃料电池概述 FCEV是燃料电池汽车的缩写，它是电动汽车的一种，它与一般电动汽车的区别，在于燃料电池汽车装备了车载燃料发动机（发电机）。用燃料电池发动机与动力电池组和超级电容器共同组成的“电-电”电力驱动平台取代内燃机驱动平台。过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。只要保证燃料电池发动机氢燃料的供应，燃料电池汽车就可以像内燃机汽车一样自由驰骋，不受充电时间和动力电池的SOC的限制，具有高度的环保性、灵活性和机动性。 燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。 燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢(从这些物质里间接地提取氢)，不过将会产生极少的二氧化碳和氮氧化物。但总的来说，这类化学反应除了电能就只产生水。因此燃料电池车被称为“地道的环保车”。 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。 二、我国燃料电池汽车简介 20世纪90年代清华大学与北京世纪富源燃料电池公司，成功的研发了我国第一辆5KW 的燃料电池汽车，北京二汽绿色电动汽车研究所用飞驰绿能电源技术有限公司研发的燃料电池“京绿一号”燃料电池汽车，北京理工大学与北京中华汽车制造厂研发的燃料电池“绿能一号”燃料电池汽车，开创了我国燃料电池工业的先河，以后我国燃料电池汽车的研究展现出蓬勃的生机。 在国家“十五”“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了整车、动力系统与关键零部件的核心技术;建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台;形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，具有百量级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力。研制的“超越”系列、“上海牌”、“帕萨特”、“奔腾”、“志翔”等燃料电池汽车经受住了大规模、高温、大强度示范考核，成功服务于2008北京奥运会和2010年上海世博会。在燃料电池关键基础技术研究方面，开发出高活性、抗聚集的电催化剂，以及高比表面积、抗氧化的担体，开发出了与国际商品化水平相当的增强型符合自增湿质子交换膜，研制出高导电性/高稳定性碳纸，初步解决了双极板的抗腐蚀和导电性问题，掌握了丝网印刷膜电极技术。在燃料电池汽车整车及动力系统平台前沿技术方面，建立了燃料电池汽车动力系统平台设计理论和方法，探索了基于模块化思想的整车柔性适配技术，研发了燃料电池汽车功率控制单元及其它关键零部件，开展了燃料电池汽车整车可靠性、电安全、氢安全、一体化热管理、智能容错控制、碰撞安全性等关键技术研究。在公共平台建设方面，形成了燃料电池汽车开发软、硬件测试环境，建立了国家级燃料电池、系统平台和车辆工程技术中心或测试基地，制定了8条燃料电池汽车及氢能专用国家标准。但是，受限于传统车辆开发技术水平、燃料电池发动机功率密度、动力系统可靠性、整车环境适应性等性能限制以及商业推广模式研究和基础设施建设滞后等因素，我国燃料电池汽车仍然处于技术验证与特定考核试验考核阶段。
氢氧燃料电池基础知识集锦 氢氧燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。 一：氢氧燃料电池特点 这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。 二：氢氧燃料电池的分类 目前氢氧燃料电池可分为离子膜、培根型和石棉膜三类。 1.离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池，现代采用全氟磺酸膜。电池放电时，在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻，但离子交换膜内阻较大，放电电流密度小。
2.培根型燃料电池：属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极（内外层孔径不同），加铂作催化剂。电解质为80%～85%的苛性钾溶液，室温下是固体，在电池工作温度（204～260°C）下为液体。这种电池能量利用率较高，但自耗电大，起动和停机需较长的时间（起动需24小时，停机17小时）。 3.石棉膜燃料电池：也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成，氧电极是多孔银极片，两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜，再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器，构成气室，封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水，可以用循环氢的办法排出，亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟，并可瞬时停机。比磷酸铁锂电池要更环保。 三：氢氧燃料电池的原理 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电
2019年燃料电池产业 分析报告 2019年6月
目录 一、燃料电池产业政策驱动效应显著 (5) 1、交通领域氢能成长性最强 (5) 2、燃料乘用车开始逐步推广，丰田技术领先 (5) 3、补贴政策推进燃料电池行业发展 (6) 4、燃料电池汽车进入快速发展时期 (7) 二、我国燃料电池产业发展潜力巨大 (8) 1、加氢站建设是促进燃料电池大规模应用的关键 (8) 2、当前保有量相对较少，未来发展中国最具成长空间 (10) 3、中国燃料电池汽车未来市场规模广阔 (11) 三、短期看规模化推动燃料电池成本下降 (12) 1、电堆成本占比较高，核心部件有待突破 (12) 2、规模化效应将有助于显著降低成本 (12) 3、催化剂和双极板规模化降本难 (14) 4、压缩机等部件降本空间比较大 (15) 5、氢气环节具有较大降幅空间 (15) 四、各个环节成本测算和横向对比 (16) 1、铂用量仍有下降空间 (16) 2、氯碱制氢产能最大，成本较低 (17) 3、加氢站投资额相对较高 (19) 4、运营环节尚无成本优势 (22) 5、全生命周期成本对比测算 (23)
燃料电池产业政策驱动效应显著。燃料电池具有效率高、持久性好、无污染、环境适应性强的特质，从全球来看，燃料电池主要运用于固定式电源、交通运输和便携式电源三大类领域。全球燃料电池需求快速增长，且交通领域商业化进程正在加速，除商用车外，燃料乘用车开始逐步推广，日本丰田技术领先。中国政策也在积极推动燃料电池行业发展，随着氢燃料电池相关利好政策不断，预计中国燃料电池汽车将进入快速发展阶段。 燃料电池在商用车领域替代空间广阔。作为基础配套设施的加氢站建设是促进燃料电池大规模应用的关键，目前全球加氢站建设量较少，全球主要国家将加快加氢站建设，并制定了对应的规划路线。中国燃料电池产业目前处于萌芽时期，商用车是规模化应用的先锋。2018年中国燃料电池汽车产销均完成1527辆，包括1418 辆燃料电池客车以及109 辆燃料电池货车，而国内商用车销量为437.1万辆，燃料电池汽车渗透率仅0.03%，未来发展空间可观。 短期看规模化推动燃料电池成本下降。燃料电池成本高企是目前大规模推广的主要障碍。燃料电池主要由燃料电池堆、空气供给系统、冷却系统、及氢气检测供给系统等成分构成。其中电堆成本占比最大。随着燃料电池产量的扩大，规模化效应将有助于降低成本。其中膜组件和压缩机将成为规模化效应降本的核心部件。 早期补贴给予加氢站建设动力，全周期成本有赖氢气成本降低。制氢端来看，目前氯碱制氢产能最大，且具备较好的经济性和环保性；加氢站建设来看，目前造成加氢站数量少的最大阻碍是加氢站建设的
三、试简述五大类燃料电池的工作原理和各自的特点 燃料电池按燃料电解质的类型来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PENFC)五大类。 3.1 碱性燃料电池（AFC） 碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。 3.1.1原理 使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与羟基（OH）从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这些电子是用来为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。 负极反应：2H2 + 4OH-→ 4H2O + 4e- 正极反应：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。 3.1.2 特点 低温性能好，温度范围宽，并且可以在较宽温度范围内选择催化剂，但是才用的碱性电解质易受CO2的毒化作用因此必须要严格出去CO2，成本就偏高。 3.2 磷酸燃料电池（PAFC） 磷酸燃料电池（PAFC）是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于
燃料电池汽车 摘要：随着人类社会的发展，特别是英国完成工业革命后，人类对能源的需求也在不断地增加，然而不可再生能源在渐渐的减少，但是同时新能源的也随之诞生了，利于替代旧的能源的消耗，部分新能源必须具有环保性去大力发展，才能更好的为社会做奉献。其中氢能作为一种新的能源被人类所发现且已经被运用在汽车上，并在不断的推广。 关键词：燃料电池汽车;发展现状;关键技术;优点;存在问题 一、燃料电池汽车的概念 燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆其最大特点是能量转换效率高，可达到60 ％以上；另外，它还具有燃料多样性、排气清洁、噪声低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 二、燃料电池汽车的发展现状 （1）国外燃料电池汽车的发展现状 长期以来，世界各国政府和主要汽车集团都高度重视燃料电池汽车的研究，投入大量的资金用于燃料电池汽车及氢能研发、试验考核和市场培训。继在第六框架计划中拿出大量资金用于燃料电池汽车和氢能研究，2009年，欧盟批准燃料电池和氢能技术项目行动计划，计划从欧盟第七框架计划中拿出4.7亿欧元，持续资助燃料电池汽车及基础设施技术研发。此外，日本、美国、加拿大、韩国、澳大利亚、巴西、法国和英国等国家政府积极支持燃料电池汽车和氢能研发。 经过长时间、持续稳步的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性(如低温启动性能)取得了重大突破，示范运行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车，燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。产品成本控制与配套基础设施建设成为制约燃料电池汽车商业化推广主要因素。 （2）国内燃料电池汽车的发展现状 在国家“十五”“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了整车、动力
简述燃料电池的基本工作原理及主要用途 1.燃料电池的工作原理 燃料电池是一种按电化学原理，即原电池的工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转换装置。其单体电池是由电池的正极(即氧化剂发生还原反应的阴极)、负极(即还原剂或燃料发生氧化反应的阳极)和电解质构成，燃料电池与常规电池的不同之处在于，它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐内，不受电池容量的限制，工作时燃料和氧化剂连续不断地输入电池内部，并同时排放出反应产物。 以磷酸型燃料电池为例，其反应式为： 燃料极(阳极) H2→2H++2e- 空气极(阴极) 1／2O2+2H++2e-→H2O 综合反应式H2+1／2O2→H2O 以上反应式表示：燃料电池工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(空气)，燃料(氢)在阳极被分解成带正电的氢离子(H+)和带负电的电子(e-)，氢离子(H+)在电解质中移动与空气极侧提供的O2发生反应，而电子(e-)通过外部的负荷电路返回到空气极侧参与反应，连续的反应促成了电子(e-)连续地流动，形成直流电，这就是燃料电池的发电过程，也是电解反应的逆过程。 2. 燃料电池的应用 2.1能源发电 燃料电池电站的每一套设备都包括了一整套采用天然气发电的电力系统。分为以下几个分单元：①燃料电池组②燃气制备③空气压缩机④水再生利用⑤逆变器⑥测量与控制系统。燃料电池组产生的直流电通过逆变器转换成电力系统所需的交流电。各国工业界人士普遍对于燃料电池在发电站的应用前景看好。 2.2汽车动力 目前，各国的汽车时用量均在不断增加，其排放的尾气已成为城市环境的主要污染源之一，特别是发展中国家，由于环境治理的力度不够，这一问题更加突出。于是人们要求开发新型的清洁、高效的能源来解决这一问题。质子交换膜燃料电池的出现，解决了燃料电池在汽车动力成本和技术方面存在的若干问题，使燃料电池电动车的开发和使用成为可能。这种电池具有室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等特点，适合做汽车动力，是目前世界各国积极开发的运输用燃料电池。 2.3家庭用能源 天然气作为一种洁净的能源已经在家庭中被广泛使用，但其主要被用于炊事和生活热水，以天然气为燃料的燃气电池在家庭中的广泛应用在开辟了天然气在家庭中一种新的用途的同时也将解决目前高峰用电紧张的状况。家庭的一切用电无论是电视机、冰箱、空调等家用电气还是电脑等办公设备都可以通过燃料电池来提供电源，作为家庭使用的分散电源，并可同时提供家庭用热水和采暖，这样可将天然气的能量利用率提高到70％～90％。 2.4其它方面的应用 碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池运行时基本没有红外辐射，而且噪音小，用做潜艇动力，可大大提高其隐蔽性；同时由于它们可在常温下启动工作，且能量密度高，还是理想的航天器工作电源。此外，质子交换膜燃料电池还可用作野外便携式电源。 总之，燃料电池的用途将越来越广泛，它将遍布我们身边的每个角落，成为我们生活中不可缺少的能量来源。
毕业设计（论文）题目名称：新型燃料电池的研究
新型燃料电池的研究Research on new type fuel cells
摘要 能源是经济的的基础。人类为了更有效的的利用能源，一直进行着不懈的努力。利用能源的方式历史上有过多次革命性的变革，每一次变革都极大的推进了社会文明的发展。二次能源中，蒸汽由于传输距离短，难以存储而应用受限；电能虽然传输快、传输距离远，但存在传输过程中存在能量损耗大，难于存储的缺点；而氢能既能远距离传输、又能方便存储，因而成为二十一世纪的理想能源，二十一世纪也被称为氢世纪。多年来人们一直努力寻找既有较高能源效率又不污染环境的能源方式，因而引导出燃料电池发电技术。燃料电池是不经燃烧过程直接把燃料的化学能转化为电能的装置，具有能量转换效率高、污染物排放量少的独特优点。燃料电池凭借着它独特的优势应用在各个领域，加速了社社会的发展，推进了社会的文明。本文简述了燃料电池技术，各类燃料电池的原理以及它们各自的特点，并介绍目前燃料电池在国内外的应用现状，同时指出目前影响燃料电池商品化的主要因素。 关键词：新能源；燃料电池；高效率；环境保护。
Abstract Energy is the basis of the economy. Human beings in order to make more effective use of energy, has been making unremitting efforts. The history of the use of energy, there have been several revolutionary changes each time changes are greatly promoted the development of our society. Secondary energy in the steam due to short transmission distance, it is difficult to store and the application is limited; electricity transmission faster, the transmission distance, but there is energy loss in the transmission process, difficult to store shortcomings; hydrogen both long-distance transmission. can facilitate the storage, and thus become the ideal energy of the twenty-first century, the twenty-first century is also known as a hydrogen century. Over the years people have been trying to find the energy efficiency of higher energy without polluting the environment, and thus lead to a fuel cell power generation technology. The fuel cell is not directly by the combustion process the fuel chemical energy converted into electrical energy, with the unique advantages of high energy conversion efficiency of the discharge of pollutants. The fuel cell by virtue of its unique advantages of application in various fields to accelerate the social development of society, and promote the social civilization. In this paper, the fuel cell technology, the principle of various types of fuel cells and their respective characteristics, and describes the application of fuel cells at home and abroad, noting that the main factors affecting the commercialization of fuel cell. Keywords: new energy; fuel cell; high efficiency; environmental protection.
原电池很简单哦，掌握基本原理就融会贯通了哦 §2-2 化学能与电能学案与练习 一、课堂练习 二、重点基础知识 【预备知识】 一、原电池 1、定义：原电池是把转化成的装置。 ① 2、原电池形成的条件：② ③ 3、原电池的工作原理 ①粒子流向电流电子阴离子阳离子 ②发生反应负极反应：反应类型，发生反应 正极反应：反应类型，发生反应 总反应：反应类型，发生反应 【基础知识】 二、化学电源 1、一次电池 2、二次电池（以铅蓄电池为例） 放电时负极反应：充电时阴极反应 正极反应：阳极反应 总反应：总反应 做二次电池习题时，一定要看好充电方向还是放电方向，放电方向就是原电池的工作原理3、燃料电池 总反应： 正极反应：酸性碱性 负极反应： k 第 1 页共5 页
原电池很简单哦，掌握基本原理就融会贯通了哦 第 2 页 共 5 页 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 CH 4 CH 4 H 2 H 2 C 2H 6O C 2H 6O C 2H 4 C 2H 4 KOH H 2SO 4 H 2SO 4 H 2SO 4 H 2SO 4 KOH KOH KOH
分类号：TM911.4 U D C：D10621-408-(2012)1985-0 密级：公开编号： 成都信息工程学院 学位论文 风能-氢燃料电池一体化联用系统设计 论文作者姓名： 申请学位专业：材料物理 申请学位类别： 指导教师姓名（职称）： 论文提交日期：
风能-氢燃料电池一体化联用系统设计 摘要 风能为可再生的清洁能源，但储能和上网等环节存在不少问题。氢燃料电池具有绿色环保，效率高，低噪音等特点，还是一种非常好的储能手段。将风能与氢燃料电池联用，是近年来新能源研究和推广的热点。本文研究了氢燃料电池和风力发电机的原理，设计出了一套风电-氢燃料电池一体化联用系统，并配置了电解槽和贮氢装置，使风能和氢燃料电池发挥各自的优势，以达到系统最大的利用。在研究系统运行参数的基础上，本文还对系统进行了进一步优化。本文所设计的风电-氢燃料电池一体化联用系统具有寿命长，易于维护，运行简单等特点。本文的研究将促进风能的利用，进一步推动我国的新能源建设。 关键词:风能；氢燃料电池；一体化；设计
Integration Design of Wind Energy - Hydrogen Fuel Cell Abstract Wind energy is a new renewable energy. But there are some problems for energy storage and energy grid. Hydrogen fuel cell has the characteristics of environment friendly, high efficiency, low noise. And also is a very good energy storage method. In recent years, integrating the hydrogen fuel cell and wind turbines is popular in new energy researching and extension field.The principle of hydrogen fuel cell and wind turbines have discussed in this article. The hydrogen fuel cell and wind turbines have been integrated. An electrolyzer and a hydrogen storage system have been added. The integrating of wind and hydrogen fuel cell can achieve maximum utilization value. The system parameters have been designed for operation. The system optimization measures were discussed. The designed system has a long life, ease maintenance, simple operation. This study is of significance for the further application of wind energy and the construction of new energy Key words: hydrogen fuel cell; wind energy;design; integration
I C S71.080.01 T47 中华人民共和国国家标准 G B/T26991 2011 燃料电池电动汽车最高车速试验方法 F u e l c e l l e l e c t r i c v e h i c l e s M a x i m u ms p e e d t e s tm e t h o d (I S O/T R11954:2008,F u e l c e l l r o a dv e h i c l e s M a x i m u ms p e e dm e a s u r e m e n t,MO D) 2011-09-29发布2012-03-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准修改采用I S O/T R11954:2008‘燃料电池电动汽车最高车速试验方法“,本标准根据I S O/T R11954:2008重新起草三在附录A中列出了本标准章条编号与I S O/T R11954:2008章条编号的对照一览表三 本标准与I S O/T R11954:2008的主要技术性差异及原因如下: 根据国内燃料电池汽车产品的种类,调整了标准的适用范围三本标准适用于所有使用压缩氢气的燃料电池混合动力电动汽车,并增加相应的要求;删除了适用范围中的纯燃料电池电动汽 车及相应内容(见第1章,I S O/T R11954:2008的第1章)三 考虑国内现有燃油汽车相关道路方法标准对试验质量的规定,修改了车辆试验质量(见3.4, I S O/T R11954:2008的2.5)三 环形跑道测量区长度由至少2000m修改为至少1000m(见5.3.2.1,I S O/T R11954:2008 的4.3.3.1)三 风速测量高度由距离地面1m处,修改为1.2m处(见5.4.2,I S O/T R11954:2008的4.4.2)三 环形跑道测量数据重复性限制条件由每次的行驶速度相差不超过3%,修改为每次测量时间 不超过3%(见5.5.5,I S O/T R11954:2008的4.5.5)三 根据燃料电池电动汽车的特性增加了试验车辆准备和一般试验要求(见5.5.1和5.5.3)三 因燃料电池电动汽车特性,为了能够更好地反映车辆的最高车速,增加了两次最高车速试验的 时间间隔不超过5m i n的规定(见5.5.3.3.4)三 分别规定了混合动力模式下和纯电动R E S S模式下最高车速测量方法(见5.5.3.2和5.5.3.3)三 直线跑道上的最高车速试验规程中的双向试验规程中的行驶速度变化不应超过2%,修改为 3%三每个方向试验不少于3次,修改为不少于2次;单方向试验规程中的连续重复进行5次 行驶试验,修改为3次(见5.5.4.1和5.5.4.2,I S O/T R11954:2008的4.5.3.1)三 本标准由全国汽车标准化技术委员会(S A C/T C114)归口三 本标准起草单位:中国汽车技术研究中心二同济大学二上海机动车检测中心二上海汽车公司二清华三本标准主要起草人:赵静炜二侯永平二缪文泉二何云堂二冯力中二张英男二陈全世三
燃料电池电堆企业竞争格局分析 燃料电池产业链方面，上游主要是构成燃料电池电堆的零部件：膜电极（质子交换膜、催化剂、气体扩散层）、双极板等，以及氢气系统的零部件：空压机、增湿器、氢循环泵、储氢瓶等；中游是整个燃料电池动力系统的组装；下游主要包括由固定发电、交通运输以及包含军事、航天在内的特殊领域。氢能作为配套的产业链，主要包括制氢、储运氢和加氢站。 燃料电池产业链结构图 一、电堆的成本构成
电堆是燃料电池最关键的部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。目前国内燃料电池电堆正在逐步起步，企业数量不断增长，并且通过自主研发和技术引进已实现量产。 燃料电池电堆的生产规模较小，成本较高，目前成本在70美元/kW左右。膜电极是燃料电池的成本核心，量产有助于成本下降。电堆中最核心的组成部分是膜电极组件，占据电堆成本的65%以上。未来随着鸿基创能的量产规模逐步扩大，膜电极（质子交换膜+催化剂+气体扩散层）在电堆成本中的占比有望从70%（年产1000套电堆）下降至57%（年产50万套电堆）。DOE预计，到2020年，铂金属用量由0.16降低到0.125g/kW，双极板成本从7美元/kW降低到3美元/kW，50万台批量成产成本将在2020年下降到40美元/kW，最终目标将会实现30美元/kW。 生产1000套电堆成本构成
生产50万套电堆成本构成 规模效应对电堆和辅助设备系统成本的影响
电堆质量构成占比 电堆体积构成占比 全球范围内燃料电池车的生产规模普遍不高，规模效应降本是当前主导方式，当生产规模从百套/年到千套/年数量级变化时，各组件的制造成本均有显著降低；当生产规模增长至1万套每年时，双极板、催化剂、质子交换膜和气体扩散层成本仍具有规模化降本空间，其他组件已开始不是特别明显；当生产规模由1万套/年增长至50万套/年时，质子交换膜和气体扩散层成本仍旧会随着规模