燃料电池论文：自组装燃料电池HPA-meso-silica无机质子传导电解质研究

Foshan University本科生毕业设计（论文）燃料电池的的现状、应用及发展趋势的研究学院：理学院专业：学号：学生姓名：指导教师：二〇一四年五月摘要燃料电池是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。

实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

它主要利用氢和氧进行化学反应来产生电力，目前被公认为继火力发电、水力发电和核能发电技术之后的第四代化学能发电技术，应用范围广泛，并且拥有广阔的发展空间。

国家政策上对新能源产业发展的支持，也给燃料电池的研究和应用提供了良好的契机。

关键词：燃料电池转换装置应用发展目录1 引言 (1)2 燃料电池的工作原理 (1)3燃料电池的分类 (1)3.1 按工作温度分 (1)3.2 按燃料来源分 (2)3.3按燃料电池的运行机理分 (2)3.4按电解质类型来分 (2)4燃料电池的基本结构与电极反应 (2)4.1燃料电池的基本结构 (2)4.2燃料电池的电极反应 (3)5燃料电池的前景及应用现状 (3)6我国研究开发进展 (5)参考文献 (6)燃料电池的的现状、应用及发展趋势的研究1 引言随着人类对大自然的不断开发，环境污染和资源、能源缺乏等问题愈来愈突出的摆在人们的面前。

而在近50年以内，世界能源还以天然气、石油、煤等矿物燃料为主，当以这些来发电时，不仅效率低，而且排放严重污染环境的有毒气体。

燃料电池[1,2]的开发与利用就是在这样的背景下蓬勃发展起来的，它是一种将燃料气体的化学能直接转换为电能的大规模、大功率、新型而清洁的发电装置，不仅能量转换率高，比能量高和效率高，而且对环境无污染、原料还可以连续供给。

燃料电池是比较理想的发电技术，既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。

燃料电池的一系列优点使它成为新一代的发电技术并进入了商业化的实用阶段。

2 燃料电池的工作原理[3]燃料电池的工作原理见图1所示。

燃料电池是由阳极、阴极和离子导电的电解质所构成，其工作原理与普通电化学电池相似，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。

第1篇一、实验目的1. 了解燃料电池的基本原理和结构。

2. 研究不同燃料电池材料（如催化剂、电解质等）的性能及其对燃料电池性能的影响。

3. 通过实验，验证理论知识和提高实验技能。

二、实验原理燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其工作原理是基于氧化还原反应。

燃料电池主要由燃料电极、空气电极、电解质和隔膜组成。

在燃料电池中，氢气在燃料电极上发生氧化反应，释放电子；氧气在空气电极上发生还原反应，接受电子。

电子通过外电路流动，产生电能。

三、实验材料与设备1. 实验材料：- 氢气- 氧气- 铂催化剂- 石墨电极- 碳纤维纸- 磷酸氢二铵溶液- 银网- 隔膜- 电解质- 电池测试仪- 烧杯- 烧瓶- 移液管- 滴定管- 电子天平2. 实验设备：- 燃料电池测试装置- 数据采集系统- 真空泵- 恒温水浴- 真空干燥箱四、实验步骤1. 准备燃料电池测试装置，包括燃料电极、空气电极、电解质和隔膜。

2. 将铂催化剂涂覆在石墨电极上，形成燃料电极。

3. 将银网涂覆在碳纤维纸上，形成空气电极。

4. 将磷酸氢二铵溶液作为电解质。

5. 将燃料电池测试装置组装好，连接电池测试仪和数据采集系统。

6. 向燃料电极注入氢气，向空气电极注入氧气。

7. 开始实验，记录电池的电压、电流和功率等数据。

8. 重复实验，比较不同催化剂、电解质和隔膜对燃料电池性能的影响。

五、实验结果与分析1. 实验数据：| 实验次数 | 催化剂 | 电解质 | 隔膜 | 电压(V) | 电流(A) | 功率(W) ||----------|--------|--------|------|----------|----------|----------|| 1 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.6 | 0.2 | 0.12 || 2 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.5 | 0.3 | 0.15 || 3 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.7 | 0.4 | 0.28 || 4 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.6 | 0.25 | 0.15 |2. 结果分析：- 铂催化剂在磷酸氢二铵电解质和隔膜A的条件下，电压和功率均高于钌催化剂。

氢氧燃料电池毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日大千世界，万紫千红，无奇不有！而各种各样的材料正是构成我们这个五彩缤纷的世界的基础，材料是构成所有物质的基本成分，没有材料就不会有物质，没有物质就不会有我们这个丰富多彩的大自然，更不会有人类。

生活中，材料无处不在。

Seminar Ⅱ
氢和氧在燃料电池里，同时发生两个“半反 应”，一个是在阳极发生的氧化反应（失去电 子），另一个是在阴极发生的还原反应（得 到电子），这两个反应构成了一个总的氧化 －还原反应（氧化还原作用），反应生成物 为水。
Seminar Ⅱ
阳极反应：2H2
－
4H＋+ 4e
阴极反应：O2+ 4e－+ 4H＋
Nafion是由疏水材料聚四氟乙烯链（商品名 Teflon）形成膜的骨架，及附在Teflon端部，具有 磺酸（HSo3）基团的侧链组成，环绕在磺酸侧链周 围的含水区成为电解质
Seminar Ⅱ 3 .膜电极总成 膜电极总成通常由电极（又叫气体扩散层）、催化剂 层、电解膜层等组成
铂微粒固定在相对较大的炭粉 粒子上,催化剂一般为铂，目 前，用量为0.2mg/cm2,
Seminar Ⅱ
• 在阴极，进入燃料电池的氧分子也是首先与电极表面 的催化剂铂接触，氧分子分被分裂并键合在铂表面， 形成弱的O－Pt键，使得还原反应能够发生。然后每 一个氧原子离开铂催化剂，与来自外电路的两个电子 和从膜穿过来的两个质子化合成一个水分子。至此氧 化还原反应就被完成。阴极上的催化剂再一次获得自 由，等待下一拨氧分子的到来。
Seminar Ⅱ
加压燃料电池系统里，一个十分关键的部件是“压缩 －膨胀机”。可以选用的压缩机类型很多，有双螺杆 式、罗茨转子式、叶片式等。膨胀器用来回收排出空 气中的能量。图为压缩膨胀器一例。
Seminar Ⅱ 加压燃料电池的电压－－电流曲线
Seminar Ⅱ
7.环境压力燃料电池
这种燃料电池对阴极供应略高于大气压的大流量空气，采用特 殊的燃料电池供水方法，和独特的蒸发散热方法，具有系统简 单、成本低、工作安静、燃料效率高、尺寸紧凑，安装空间 小，容易装入车辆等优点