碱性燃料电池简介PPT课件
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碱性燃料电池
碱性燃料电池（AFC）是第一个燃料电池技术的发展，最初由美国航空航天局的太空计划，同时生产电力和水的航天器上。
AFCS继续使用NASA航天飞机上的整个程序中，除了数量有限的商业应用原理：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- → 4 H2O + 4e-正极反应：O2 + 2H2O + 4 e- → 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，其原料不能含有二氧化碳，因为二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。
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。
其电解质是熔融态碳酸盐。
反应原理如下：放电：正极： O2+2CO2+4e-=2co-3负极：2H2 + 2CO32- -4e-→ 2CO2 + 2H2O总反应：O2 + 2H2 → 2H2O熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温电池（600℃～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是下一世纪的绿色电站。
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）也可使用NiO作为多孔阴极，但由于NiO溶于熔融的碳酸盐后，会被H2、CO还原为Ni，容易造成短路磷酸燃料电池（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。
燃料电池讲解：PPT课件
这艘212型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇。潜艇采用的 燃料电池推进系统可使潜 艇保持更长的潜航时间，更不容 易被敌人探测到。
德 国 海 军 新 一 代 燃 料 电 池 潜 艇 服 役
甲 醇 燃 料 電 池 ， 燃 料 電 池 的 层 狀 結 构
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相 同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正 极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的 活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃 料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换 元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的 能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给， 进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排 除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为 例来说明燃料电池 氢-氧燃料电池反应原理 这个反映是电觧水的逆过程。 电极应为： 负极：H2 +2OH-→2H2O +2e正极：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH电池反应：H2 +1/2O2==H2O
但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金 数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与 发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对 燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山 科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专 题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的 重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方 面的研究力度
3，高效率的发电装置 4，分散型的发电装置 规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于 商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系 统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以 建在大城市的近郊。规模稍小的可以建在住宅小 区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减 少因长距离输送电力而产生的损耗。面向个人用 途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动 便携电话的电源。
第五章 碱性燃料电池 第二节 材料与结构
双极板和流场
AFC的两种排水方式
动态排水，是用风机循环氢气，在氢电极生 成的液态水蒸发至氢气中，迁移至电池外的 冷凝器，冷凝后分离；氢气再勺由氢源来的 纯氢混合返回电池。流程如下图所示。
将电池的氢腔与水蒸气腔分开，如图所示。
水蒸气腔维持负压，水真空蒸发。 电池反应在氢电极侧生成的液态水蒸发 至氢气室，通过扩散迁移至导水膜一侧 冷凝，依靠浓差扩散迁至导水膜的另一 侧，即水蒸气腔，再真空蒸发。靠压差 迁移至电池外冷凝分离器冷凝回收。因 为水蒸发、冷凝和气相扩散速度均较 快，所以整个排水过程的速度由导水膜 内的水浓差迁移的速度决定，即由导水 膜两侧的碱浓度差决定。
电极材料 1、烧结镍粉（属于双孔结构电极）
2、雷纳金属（属于双孔结构电极）
3、卷制电极（属于涂疏水层的黏合型电极）
电催化剂
电解质
KOH溶液放在一 种基体材料中，基 体材料通常使用石 棉，这种材料有很 好的孔隙度、强度 和抗腐蚀性。
石棉膜
被水完全润湿 的石棉膜是良好的导 水、阻气材料．可用 它作冷分器的水汽分 离膜。平均孔径为 90一70 nm的特一 级石棉膜的导水能力 与汽水腔压力差和冷 却水的平均温度的关 系见左图。
第五章碱性燃料电池第一节碱性燃料电池概述第二节碱性燃料电池的材料与结构第三节碱性燃料电池的性能第四节碱性燃料电池的实例众所周知燃料电他的关键部件为阳极阴极电解质腔和表面带有流场引导反应气体在电极表面的流动的极板
第五章 碱性燃料电池
第一节 碱性燃料电池概述 第二节 碱性燃料电池的材料与结构 第三节 பைடு நூலகம்性燃料电池的性能 第四节 碱性燃料电池的实例
众所周知，燃料电他的关键部件为阳极、阴 极、电解质腔和表面带有流场(引导反应气 体在电极表面的流动)的极板。 AFC的电解质腔由饱浸浓碱的多孔膜(如石 棉膜)担当，将阳极、阴极与隔膜组合构成 “三合一”组件。
燃料电池-课件
15
严格地讲,燃料电池是电化学能量发生 器，是以化学反应发电;一次电池是电化学 能量生产装置，可一次性将化学能转变成 电能；二次电池是电化学能量的储存装置， 可将化学反应能与电能可逆转换。
16
3.1.4 燃料电池的工作原理
虽然燃料电池的种类很多并 且不同类型的燃料电池的电极反应 各有不同,但都是由阴极﹑阳极﹑ 电解质这几个基本单元构成，其工 作原理是一致的。
4
3.1.1 简介 (1)什么是燃料电池？ 简单地说,燃料电池1(Fuel Cell，简称FC)是
一种将存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为 电能的电化学装置。
作为一种新型化学电源，燃料电池是继火电、 水电和核电之后的第四种发电方式．与火力发电 相比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程 是直接方式，如图 1-1 所示．
34
35
燃料电池的效率与其规模无关,因而在保持高燃料效 率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。
封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会 随时间变化,但是燃料电池由于不断补充燃料,随着时间延 长,其输出能量也越多。
燃料电池发电厂可设在用户附近，这样可大大减少传 输费用及传输损失。燃料电池的另一个特点是在其发电的 同时可产生热水和蒸汽。其电热输出比约为1.0，而汽轮 机为0.5。这表明在相同的电负荷下，燃料电池的热载为 燃烧发电机的2倍。
20
当反应物消耗完时电池也就不能继续提 供电能了。而燃料电池是一个敞开体系,与 外界不仅有能量的交换，也存在物质的交 换。外界为燃料电池提供反应所需的物质， 并带走反应产物。从这种意义上讲，某些 类型的电池也具有类似燃料电池的特征， 例如锌空电池，空气4由大气提供，不 断更换锌电极可以使电池持续工作。
特
严格地讲,燃料电池是电化学能量发生 器，是以化学反应发电;一次电池是电化学 能量生产装置，可一次性将化学能转变成 电能；二次电池是电化学能量的储存装置， 可将化学反应能与电能可逆转换。
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3.1.4 燃料电池的工作原理
虽然燃料电池的种类很多并 且不同类型的燃料电池的电极反应 各有不同,但都是由阴极﹑阳极﹑ 电解质这几个基本单元构成，其工 作原理是一致的。
4
3.1.1 简介 (1)什么是燃料电池？ 简单地说,燃料电池1(Fuel Cell，简称FC)是
一种将存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为 电能的电化学装置。
作为一种新型化学电源，燃料电池是继火电、 水电和核电之后的第四种发电方式．与火力发电 相比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程 是直接方式，如图 1-1 所示．
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燃料电池的效率与其规模无关,因而在保持高燃料效 率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。
封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会 随时间变化,但是燃料电池由于不断补充燃料,随着时间延 长,其输出能量也越多。
燃料电池发电厂可设在用户附近，这样可大大减少传 输费用及传输损失。燃料电池的另一个特点是在其发电的 同时可产生热水和蒸汽。其电热输出比约为1.0，而汽轮 机为0.5。这表明在相同的电负荷下，燃料电池的热载为 燃烧发电机的2倍。
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当反应物消耗完时电池也就不能继续提 供电能了。而燃料电池是一个敞开体系,与 外界不仅有能量的交换，也存在物质的交 换。外界为燃料电池提供反应所需的物质， 并带走反应产物。从这种意义上讲，某些 类型的电池也具有类似燃料电池的特征， 例如锌空电池，空气4由大气提供，不 断更换锌电极可以使电池持续工作。
特
碱性燃料电池简介PPT课件
第4页/共13页
AFC实物图
• 上世纪六十年代用于航天器的AFC 第5页/共13页
优点
• a.从耐电解液性方面来看，不必使用价格昂贵的铂系催化剂。氢电极可采用镍系催化剂，氧电极可采用银系 催化剂。
• b.工作温度在100℃以下，启动快，且电池的构成材料的选择范围广,造价低。 • c.与其他燃料电池相比，碱性燃料电池系统具有较高的电效率（60%~90%）。
第6页/共13页
缺点
• a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有CO2的气体接触，电解 液中就会生成碳酸根离子，如含量超过30%，输出功率便会急剧 下降。因此必须配置CO2除去装置，这样势必要提高造价。
• b.为保持一定的电解液浓度，需要进行适当的控制，因而使系统 复杂化，成本增高。
• c.由于低温工作，所以废热利用困难。另外，冷却装置也比高温 工作的燃料电池温差小，因此体积变大。
第9页/共13页
结论
• AFC具有效率高、启动快、价格低廉的优点，仍然具有一定的发 展潜力。尤其是近年来AFC的CO2毒化问题已基本解决，且氨的 使用也为AFC的应用展开了一片较好的前景。
• AFC和PEMFC各有所长，今后在重点发展PEMFC的同时，也应 对AFC进行更深入的研究，进一步挖掘AFC的潜力。
第3页/共13页
• 其反应原理如下：
原理反应式及电位计算
阳极反应：H2+2OH- →2H2O+2e- 标准电极电位为-0.828V
• 阴极反应：1/2O2+H2O+2e- →2OH- 标准电极电位为0.401V
• 总反应： 1/2O2 +H2 → H2O
理论电动势为0.401-（-0.828）= -1.229V
燃料电池简介PPT课件
燃料
高纯H2
H2
H2
H2-CO CH4
H2-CO CH4
氧化剂
高纯O2
空气
空气
空气+CO2
空气
电解质
KOH
H3PO4 质子交换膜 (K,Li)2CO3 Y2O3,ZrO2
阳极催化剂
Pt
阴极催化剂
Pt
Pt
Pt
Pt
Pt
CHENLI
Ni
Ni, ZrO2
NiO
La-SrMnO2
6
燃料电池的分类
按燃料电池所用原始燃料的类型，可大致 分为
CHENLI
3
燃料电池的基负极和夹在正负极中间的电解质板所组 成。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极 分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向 正极。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形 成水。
采用200℃高温下的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）
采用熔融态碳酸盐作为其电解质
固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）
采用固态电解质
固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Cell,SPFC,又称为质子交换膜 燃料电池，Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）
氢燃料电池
通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动 力的零排放概念车“氢动一号”，该车加速快，操 作灵活，从0~100km/h加速仅16秒，最高时速可达 140km/h，续驰里程400km。
燃料电池的应用PPT课件
产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 两电极的反应和总反应分别为：
阳极反应：2H2+4OH- →4H2O+4e阴极反应：O2+2H2O+4e- →4OH-
总反应： 2H2+O2=2H2O
2.3 磷酸燃料电池(PAFC)
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为 200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。最初开发磷酸燃料电池是 为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院 、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。
( 3 )要能抵受高温碱性溶液的高度侵蚀环境，燃料电池的外壳必须采用特别 材料。材料技术的进展缓慢，并未能找到适当的材料。
(4) 氢气十分易燃和易爆，因此必须小心处理。在燃料电池的商业应用中， 如何安全配送氢气燃料成为一个主要障碍。兴建氢气配送系统的成本十分高。
(5)氢燃料基础建设不足, 氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全 世界充氢站仅约70站 ，仍值示范推广阶。此外，加气时间长，约需时5分钟, 尚跟不上工商时代的步伐。
两电极的反应和总反应分别为：
阳极(负极)：2H2-4e→4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+→2H2O 总反应： 2H2+O2=2H2O
图2-1 PEMFC装置图
图2-2 PEMFC工作原理图
直接甲醇燃料电池（DMFC）
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，系直接使用液态甲醇为燃料
供给来源，而不需透过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。
阴极：
O 22C2O 4e 2C3O
阳极：
2 H 2 2 C 3 O 2 C 2 O 2 H 2 O 4 e
阳极反应：2H2+4OH- →4H2O+4e阴极反应：O2+2H2O+4e- →4OH-
总反应： 2H2+O2=2H2O
2.3 磷酸燃料电池(PAFC)
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为 200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。最初开发磷酸燃料电池是 为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院 、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。
( 3 )要能抵受高温碱性溶液的高度侵蚀环境，燃料电池的外壳必须采用特别 材料。材料技术的进展缓慢，并未能找到适当的材料。
(4) 氢气十分易燃和易爆，因此必须小心处理。在燃料电池的商业应用中， 如何安全配送氢气燃料成为一个主要障碍。兴建氢气配送系统的成本十分高。
(5)氢燃料基础建设不足, 氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全 世界充氢站仅约70站 ，仍值示范推广阶。此外，加气时间长，约需时5分钟, 尚跟不上工商时代的步伐。
两电极的反应和总反应分别为：
阳极(负极)：2H2-4e→4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+→2H2O 总反应： 2H2+O2=2H2O
图2-1 PEMFC装置图
图2-2 PEMFC工作原理图
直接甲醇燃料电池（DMFC）
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，系直接使用液态甲醇为燃料
供给来源，而不需透过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。
阴极：
O 22C2O 4e 2C3O
阳极：
2 H 2 2 C 3 O 2 C 2 O 2 H 2 O 4 e
碱性燃料电池
3 电池系统基本构成
1 ）电池结构 电池结构大致分为使电解液保持在多孔质基体中 的基体型和自由电解液型。 基体型AFC具有调节增减电解液用量的储液部件， 装有冷却板并构成叠层结构。 典型的电解液保持体材料有石棉膜。早期的AFC系 统多采用饱吸KOH溶液的石棉膜作电解质隔膜，由 美国爱立斯—查默尔斯(A11is—Chalmers)公司率先 研制，并已应用于航天飞机的燃料电池中。
静态排水控制条件比动态排水少，而且不受气流分 布影响，没有运动部件，但是，它要在电池堆内增加 一个水腔与一块排水膜，不仅制作工艺复杂，而且必 然增加电堆重量。因此，要根据具体应用条件来选取 排水方法。 对于航天用的AFC系统，因有宇宙这一巨大真空源， 采用静态排水法可能比较有利。
2 排热 碱性燃料电池在放电过程中有热量产生，为了使电 池工作温度维持在一定范围内，必须排除多余的反 应热。排热过程通常与排水过程相结合，特别是在 动态排水时，可借助气体或电解质循环而将电池余 热带出电池堆。
2. 特点
由于AFC的工作温度在373K以下，电池本体结构 材料选择广泛。可以使用低廉的耐碱塑料。这些 材料可用注塑成型工艺，使电池造价降低。从耐 电解液性能方面来看，可以不用贵金属铂系催化 剂。例如，阳极可采用镍系催化剂，既降低成本 又能获得机械强度高的结构。阴极可采用银系催 化剂。 AFC在室温下操作，瞬间便能输出部分负荷，5 分钟内便可达到额定负荷。低温下氧还原时，电 极极化损失小。
碱性燃料电池结构示意 图（自由电解质型)
将电极以电解液保持室隔板的形式粘结在塑料制 成的电池框架上，然后再加上镍制隔板即构成单 电池。
气体及电解液通道的密封材料采用橡胶垫圈。采 用氢气循环法除水时，氢电极背面的多孔镍制隔 板起到电解液贮存槽的作用，以调节由于温度及 浓度变化而引起的电解质溶液的体积变化。为了 达到实用电压，可象板框压滤机那样将多个单电 池串联成电池准。有时，还需要在两个单电池间 设置一块冷却板，在冷却板内通冷却剂除热。
燃料电池简介PPT课件
13
2019/12/30
影响燃料电池性能的因素
活化过电势对燃料电池性能的影响
14
2019/12/30
如何改善动力学性能
15
2019/12/30
3.质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理 上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、 阴极和质子交换膜组成。其电解质是由一种质子导 体聚合电解膜构成。
1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
18
2019/12/30
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
6
2019/12/30
1.2燃料电池的分类
7
2019/12/30
1.4燃料电池的优点
发电效率高 环境污染小 比能量高 噪音低 燃料范围广 负载调节灵活，可靠性高
8
2019/12/30
2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
16
2019/12/30
PEMFC的结构
电解质膜非常薄 电解质膜两边是一层薄的
催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。 形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
17
结构示意图
2019/12/30
PEMFC的优缺点
优点：
1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。 缺点：
2019/12/30
影响燃料电池性能的因素
活化过电势对燃料电池性能的影响
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2019/12/30
如何改善动力学性能
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2019/12/30
3.质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理 上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、 阴极和质子交换膜组成。其电解质是由一种质子导 体聚合电解膜构成。
1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
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4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
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1.2燃料电池的分类
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1.4燃料电池的优点
发电效率高 环境污染小 比能量高 噪音低 燃料范围广 负载调节灵活，可靠性高
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2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
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2019/12/30
PEMFC的结构
电解质膜非常薄 电解质膜两边是一层薄的
催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。 形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
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结构示意图
2019/12/30
PEMFC的优缺点
优点：
1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。 缺点：
燃料电池培训课件(ppt 47页)
将原料碳纸多次浸入聚四氟乙烯 （PTFE ） 乳液中，用 称重法记录浸入的聚四氟乙烯乳液的量。
焙烧处理
在 330～ 340℃的温度下，焙烧浸好的碳纸，排出其中浸 入的聚四氟乙烯乳液所含的表面活性剂，同时使聚四氟 乙烯热熔烧结并均匀分散在碳纸的纤维上，实现憎水。
整平处理
将水或水＋乙醇的混合液作溶剂，加入炭黑与 PTFE配成 的质 量比为１:１的溶液，用超声波将溶剂与溶液振荡均 匀。当混合物静止沉淀后，弃去上清液，取其沉降物涂 到憎水处理的碳纸上，实现其表面平整。
Pt/C催化剂是PAFC常用的电极活性材料。
铂和过渡金属（V、Cr、Co等）和合金
电极结构
双极板
扩散层 平整层 催化层
电解质材料
浓磷酸溶液
隔膜材料
双极板的作用是分隔氢气和 氧气，并传导电流，使两极 导通。双极板材料是玻璃态 的碳板，表面平整无滑，以 利于电池各部件接触均匀。
PAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。
PAFC的工作原理
阴极反应： 阳极：
1/C2HO4阳2++22极HH2+O反+2→e应4-→H：H2H2+→2COO2H2 ++2eCH3HOH2→+H22OH→++32He2+- CO2
阴极反应： 1/2O2+2H++2e- →H2O
总反应 1/2O2+2H2 →H2O
燃料电池的组成
燃料电池是一个复杂的系统，由燃料和氧化 剂供给系统，水管理系统，热管理系统以及 控制系统等几个子系统组成。
燃料电池的种类
碱性燃料电池（AFC）（alkaline fuel cell) 磷酸型燃料电池(PAFC) (phosphorous acid
焙烧处理
在 330～ 340℃的温度下，焙烧浸好的碳纸，排出其中浸 入的聚四氟乙烯乳液所含的表面活性剂，同时使聚四氟 乙烯热熔烧结并均匀分散在碳纸的纤维上，实现憎水。
整平处理
将水或水＋乙醇的混合液作溶剂，加入炭黑与 PTFE配成 的质 量比为１:１的溶液，用超声波将溶剂与溶液振荡均 匀。当混合物静止沉淀后，弃去上清液，取其沉降物涂 到憎水处理的碳纸上，实现其表面平整。
Pt/C催化剂是PAFC常用的电极活性材料。
铂和过渡金属（V、Cr、Co等）和合金
电极结构
双极板
扩散层 平整层 催化层
电解质材料
浓磷酸溶液
隔膜材料
双极板的作用是分隔氢气和 氧气，并传导电流，使两极 导通。双极板材料是玻璃态 的碳板，表面平整无滑，以 利于电池各部件接触均匀。
PAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。
PAFC的工作原理
阴极反应： 阳极：
1/C2HO4阳2++22极HH2+O反+2→e应4-→H：H2H2+→2COO2H2 ++2eCH3HOH2→+H22OH→++32He2+- CO2
阴极反应： 1/2O2+2H++2e- →H2O
总反应 1/2O2+2H2 →H2O
燃料电池的组成
燃料电池是一个复杂的系统，由燃料和氧化 剂供给系统，水管理系统，热管理系统以及 控制系统等几个子系统组成。
燃料电池的种类
碱性燃料电池（AFC）（alkaline fuel cell) 磷酸型燃料电池(PAFC) (phosphorous acid
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AFC和PEMFC各有所长，今后在重点发展 PEMFC的同时，也应对AFC进行更深入的研究， 进一步挖掘AFC的潜力。
参考文献
[1]张姝.毕剑.赖欣.高道江 AFC电催化剂的研究 进展 [期刊论文] -电池2006(06)
[2]韩家军.李宁.张天云.魏琦峰 AFC催化剂中毒 原因及预防办法的研究现状 [期刊论文] -电池 2006(04)
缺点
a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有 CO2的气体接触，电解液中就会生成碳酸根离 子，如含量超过30%，输出功率便会急剧下降。 因此必须配置CO2除去装置，这样势必要提高 造价。
b.为保成本增高。
c.由于低温工作，所以废热利用困难。另外， 冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小，因 此体积变大。
1.5应用领域
碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K） 和低温（工作温度低于373K）两种。
中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目 上的电源，经过几十年的应用，被证明是安全 可靠的太空电源
低温碱性燃料电池是今后开发的重点，其应用 目标是便携式电源和交通工具用动力电源。
结论
AFC具有效率高、启动快、价格低廉的优点， 仍然具有一定的发展潜力。尤其是近年来AFC 的CO2毒化问题已基本解决，且氨的使用也为 AFC的应用展开了一片较好的前景。
AFC结构示意图
1.1 原理、材料
在AFC中，浓KOH溶液既当作电解液，又作为 冷却剂。它起到从阴极到阳极传递OH-的作用， 氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成本低，易溶 解，腐蚀性低，而成为首选电解质。导电离子 为OH-，燃料为氢
AFC的催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和 过渡金属镍、钴、锰等。
[3]倪萌.梁国熙 碱性燃料电池研究进展 [期刊论 文] -电池2004(5)
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
13
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
原理反应式及电位计算
其反应原理如下：
阳极反应：H2+2OH- →2H2O+2e- 标准电极 电位为-0.828V
阴极反应：1/2O2+H2O+2e- →2OH- 标准 电极电位为0.401V
总反应： 1/2O2 +H2 → H2O 0.401-（-0.828）= -1.229V
理论电动势为
AFC实物图
1.4 改进措施
电化学法除去CO2
CO2可通过电化学方法消除。在碳酸盐形成后，将 AFC在短时间内运行在高电流条件下，可大大降低 阳极附近的OH一浓度，碳酸盐的浓度相对增大， 形成H2C03，并分解，释放出CO2，达到消除的目 的。这种方法简单易行，无须增加任何辅助设备。
使用循环电解液
M．Cifrain等提出循环电解液的方法。通过更新电 解液，将电解液中生成的碳酸盐去除，并不断添加 作为载流子的OH一，减弱了碳酸盐析出对电极的 机械破坏，保证了充足的载流子的数量，还有利于 水和热的管理，使AFC可高效、长时间工作。此方 法的缺陷是增加了AFC的复杂性。
上世纪六十年代用于航天器的AFC
优点
a.从耐电解液性方面来看，不必使用价格昂贵 的铂系催化剂。氢电极可采用镍系催化剂，氧 电极可采用银系催化剂。
b.工作温度在100℃以下，启动快，且电池的 构成材料的选择范围广,造价低。
c.与其他燃料电池相比，碱性燃料电池系统具 有较高的电效率（60%~90%）。
碱性燃料电池
原理与应用展望
简介
碱性燃料电池（AFC）是以碱性溶液为电解质， 将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为 电能的发电装置。是最早获得应用的燃料电池， 由于其电解质必须是碱性溶液，因此而得名碱 性燃料电池。在1973年成功地应用于Apollo登 月飞船的主电源，使人们看到了燃料电池的诱 人前景。但近年来汽车等行业普遍使用的却是 离子交换膜燃料电池（PEMFC）等.对此,进行 分析、研究与展望。
参考文献
[1]张姝.毕剑.赖欣.高道江 AFC电催化剂的研究 进展 [期刊论文] -电池2006(06)
[2]韩家军.李宁.张天云.魏琦峰 AFC催化剂中毒 原因及预防办法的研究现状 [期刊论文] -电池 2006(04)
缺点
a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有 CO2的气体接触，电解液中就会生成碳酸根离 子，如含量超过30%，输出功率便会急剧下降。 因此必须配置CO2除去装置，这样势必要提高 造价。
b.为保成本增高。
c.由于低温工作，所以废热利用困难。另外， 冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小，因 此体积变大。
1.5应用领域
碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K） 和低温（工作温度低于373K）两种。
中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目 上的电源，经过几十年的应用，被证明是安全 可靠的太空电源
低温碱性燃料电池是今后开发的重点，其应用 目标是便携式电源和交通工具用动力电源。
结论
AFC具有效率高、启动快、价格低廉的优点， 仍然具有一定的发展潜力。尤其是近年来AFC 的CO2毒化问题已基本解决，且氨的使用也为 AFC的应用展开了一片较好的前景。
AFC结构示意图
1.1 原理、材料
在AFC中，浓KOH溶液既当作电解液，又作为 冷却剂。它起到从阴极到阳极传递OH-的作用， 氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成本低，易溶 解，腐蚀性低，而成为首选电解质。导电离子 为OH-，燃料为氢
AFC的催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和 过渡金属镍、钴、锰等。
[3]倪萌.梁国熙 碱性燃料电池研究进展 [期刊论 文] -电池2004(5)
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
13
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
原理反应式及电位计算
其反应原理如下：
阳极反应：H2+2OH- →2H2O+2e- 标准电极 电位为-0.828V
阴极反应：1/2O2+H2O+2e- →2OH- 标准 电极电位为0.401V
总反应： 1/2O2 +H2 → H2O 0.401-（-0.828）= -1.229V
理论电动势为
AFC实物图
1.4 改进措施
电化学法除去CO2
CO2可通过电化学方法消除。在碳酸盐形成后，将 AFC在短时间内运行在高电流条件下，可大大降低 阳极附近的OH一浓度，碳酸盐的浓度相对增大， 形成H2C03，并分解，释放出CO2，达到消除的目 的。这种方法简单易行，无须增加任何辅助设备。
使用循环电解液
M．Cifrain等提出循环电解液的方法。通过更新电 解液，将电解液中生成的碳酸盐去除，并不断添加 作为载流子的OH一，减弱了碳酸盐析出对电极的 机械破坏，保证了充足的载流子的数量，还有利于 水和热的管理，使AFC可高效、长时间工作。此方 法的缺陷是增加了AFC的复杂性。
上世纪六十年代用于航天器的AFC
优点
a.从耐电解液性方面来看，不必使用价格昂贵 的铂系催化剂。氢电极可采用镍系催化剂，氧 电极可采用银系催化剂。
b.工作温度在100℃以下，启动快，且电池的 构成材料的选择范围广,造价低。
c.与其他燃料电池相比，碱性燃料电池系统具 有较高的电效率（60%~90%）。
碱性燃料电池
原理与应用展望
简介
碱性燃料电池（AFC）是以碱性溶液为电解质， 将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为 电能的发电装置。是最早获得应用的燃料电池， 由于其电解质必须是碱性溶液，因此而得名碱 性燃料电池。在1973年成功地应用于Apollo登 月飞船的主电源，使人们看到了燃料电池的诱 人前景。但近年来汽车等行业普遍使用的却是 离子交换膜燃料电池（PEMFC）等.对此,进行 分析、研究与展望。