氢燃料电池 ppt课件

得大量的单质氢只有依靠人工制取 天然气、石油、煤炭、生物质能及其他富氢有机物等，都是氢的有
效来源 氢的最大来源是水，特别是海水，根据计算，9吨水可以生产出1
吨氢（及8吨氧），而氢与氧的燃烧产物就是水，因而，水可以再 生。由此可见，以水为原料制氢，可使氢的制取和利用实现良性循 环，真是取之不尽，用之不竭 工业副产氢也是向燃料电池提供燃料的有效途径
新能源——燃料电池
一、前言
新能源的要求
高效、清洁、经济、安全 太阳能，风能，潮汐能 氢能？
化石能源的特点
温室效应 ➢ CO2的排放量逐年增加
卡诺循环限制 ➢ 转化效率低、能源浪费严重
污染严重 ➢ 粉尘、CO2、NOx
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氢能
未来最有前途的能源
氢能 受控核聚变能 而这两种能源都与氢元素息息相关，前者直接利用氢，后者
所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出 10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体
氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％， 除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是 地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它 所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍
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氢的特点
氢能利用形式多
既可以通过燃烧产生热能 ➢ 发电 ➢ 做功
作为能源材料用于燃料电池 转换成固态氢用作结构材料
用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在 的内燃机稍加改装即可使用
氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各 种应用环境的不同要求
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氢能有待解决的关键问题
则利用氢的同位素——氘
氢蕴藏于浩瀚的海洋之中
海洋的总体积约为13.7亿立方千米，若把其中的氢提炼出来， 约有1.4×1017吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000 倍
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氢能正是一种理想的新的含能体能源
二次能源
“过程性能源” ➢ 电能
可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳 能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能
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矿物燃料制氢
以天然气或轻质油为原料制取氢气
水蒸气重整
➢ CH4+H2O→CO+H2 ➢ CO+H2O→CO2+H2 ➢ CnH2n＋2+nH2O→nCO+（2n+1）H2
用该法制得的气体组成中，氢气含量可达74％（体积）。
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矿物燃料制氢
以重油为原料部份氧化法制取氢气
重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物 气体产物组成：氢气46％（体积），一氧化碳46％，
廉价的制氢技术 安全可靠的贮氢和输氢方法
氢易气化、着火、爆炸
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氢的来源
在宇宙中氢是最丰富的物质，氢在自然界多以化合物形态出现 在地壳十公里范围内（包括海洋和大气）化合态氢的重量组成约
占据1％，原子组成占据15．4％。 化合态氢的最常见形式是水和有机物（如石油、煤炭、天然气及生
命体等）。 在地球上自然存在的氢的单质（如氢气）数量极少。因此，欲获
水电解制氢能耗仍高，一般每立方米氢气电耗为4．5～ 5． 5kWh左右
电能可由各种一次能源提供，其中包括矿物燃料、核能、太阳 能、水能、风能及海洋能等等
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热化学制氢
当水直接加热到很高温度时，例如3000℃以上，部 分水或水蒸气可以离解为氢和氧
利用太阳能聚焦或核反应的热能
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光化学制氢
光化学制氢是以水为原料，光催化分解制取氢气 的方法
光合微Biblioteka Baidu物
➢ 微型藻类和光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系，称光 合产氢
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其它合氢化物制氢
硫化氢中制取氢气
我国有丰富的H2S资源
硼氢化钠制取氢气
车载氢源研究热点
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太阳能制氢
无穷无尽 太阳能热分解水制氢
热化学制氢
太阳能发电电解水制氢
电解水制氢
太阳光光催化分解水制氢 太阳能生物质制氢等等
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氢的制取
电解水制氢
电何处来？
矿物燃料制氢
天然气制氢 醇类制氢 硼氢化物制氢 ·······
生物质气化制氢
垃圾、秸秆、稻草······
太阳能制氢
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电解水制氢
水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一
提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75～85％，其工艺过 程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制
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副产氢回收
各类工业副产氢的可回收总量，估计可达15亿m3 以上
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氢的特点
除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中 最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍
氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且 燃点高，燃烧速度快
氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量 氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化 物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当 处理也不会污染环境巨，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复 循环使用
光催化过程是指含有催化剂的反应体系，在光照 下由于有催化剂存在，促使水解制得氢气。
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矿物燃料制氢
煤制氢
煤的焦化
➢ 焦炉煤气组成中含氢气55~60％（体积）、甲烷23~27％、一 氧化碳6~8％等
煤的气化
➢ 所制得煤气组成为氢37~39％（体积）、一氧化碳17~18％、 二氧化碳32％、甲烷8~10％
“含能体能源” ➢ 柴油、汽油
生产它们几乎完全依靠化石燃料 随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些
资源将要枯竭 这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能
体能源
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氢的特点
所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/l； 在-252.7°C时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液 氢就可变为金属氢
二氧化碳6％
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生物质制氢
生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、锯未、麦秸、稻草等压制成型， 在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应可制得含 氢燃料气。
其气化产物中氢气约占10％左右
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生物质制氢
微生物制氢技术
利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气 化能营养微生物
➢ 各种发酵类型的一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌 ➢ 发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等