第三章新能源汽車

1、新能源汽車技術新能源汽車技術第三章第三章 電動汽車能量儲能裝置電動汽車能量儲能裝置 教學目標：教學目標：n 了解電池的類型和電動汽車對動力電池的了解電池的類型和電動汽車對動力電池的要求，要求，n 熟悉電池的主要性能指標，掌握電動汽車熟悉電池的主要性能指標，掌握電動汽車各種儲能裝置的主要特點和應用，各種儲能裝置的主要特點和應用，n 對蓄電池的充電方法和性能測試等有一個對蓄電池的充電方法和性能測試等有一個初步的認識。初步的認識。教學要求：教學要求：p了解什么是化學電池、物理電池和生物電了解什么是化學電池、物理電池和生物電池；池；p熟悉電池容量、能量、功率等主要性能指熟悉電池容量、能量、功率等主要性

2、能指標；標；p了解蓄電池有哪些類型；了解蓄電池有哪些類型；一、概一、概 述述l 電池的類型電池的類型 電池是電動汽車的動力源，是能量的存儲裝置，它可電池是電動汽車的動力源，是能量的存儲裝置，它可以分為化學電池、物理電池和生物電池三大類。以分為化學電池、物理電池和生物電池三大類。1 1、化學電池、化學電池 化學電池是利用物質(zhì)的化學反應發(fā)電，按工作性質(zhì)分化學電池是利用物質(zhì)的化學反應發(fā)電，按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和為原電池、蓄電池、燃料電池和 儲備電池。儲備電池。 2 2物理電池物理電池 物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如

3、太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。3 3生物電池生物電池 生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池，如微生物生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。電池、酶電池、生物太陽電池等。一、概一、概 述述電池的性能指標電池的性能指標 電池的性能指標主要有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、電池的性能指標主要有電壓、容量、內(nèi)阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、放電倍率、使用壽命等，根據(jù)電池種輸出效率、自放電率、放電倍率、使用壽命等，根據(jù)電池種類不同，其性能指標也有差異。類不同，其性能指標也有差異。1 1電壓電壓 電壓分為電壓分為端

4、電壓、開路電壓、額定電壓、充電終止電壓端電壓、開路電壓、額定電壓、充電終止電壓和放電終止電壓和放電終止電壓等。等。 電池的端電壓電池的端電壓是指電池正極與負極之間的電位差；是指電池正極與負極之間的電位差； 開路電壓開路電壓是指電池在沒有負載情況下的端電壓；是指電池在沒有負載情況下的端電壓； 額定電壓額定電壓是電池在標準規(guī)定條件下工作時應達到的電壓；是電池在標準規(guī)定條件下工作時應達到的電壓； 充電終止電壓：充電終止電壓：蓄電池充足電時，極板上的活性物質(zhì)已達蓄電池充足電時，極板上的活性物質(zhì)已達到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，電池的電壓也不會上升。到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，電池的電壓也不會上升。 放電終止電壓

5、放電終止電壓是指電池放電時允許的最低電壓。是指電池放電時允許的最低電壓。一、概一、概 述述2 2容量容量 電池在一定的放電條件下所能放出的電量稱為電池的容量。常電池在一定的放電條件下所能放出的電量稱為電池的容量。常用單位為安培用單位為安培小時小時(A(Ah)h)，它等于放電電流與放電時間的乘積。，它等于放電電流與放電時間的乘積。 電池的容量可以分為理論容量、實際容量、標稱容量和額定容電池的容量可以分為理論容量、實際容量、標稱容量和額定容量等。量等。 理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計算而得到的最高理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計算而得到的最高理論值。理論值。 實際容量反映了電池實

6、際存儲電量的大小，電池容量越大，電實際容量反映了電池實際存儲電量的大小，電池容量越大，電動汽車的續(xù)駛里程就越遠。動汽車的續(xù)駛里程就越遠。 標稱容量是用來鑒別電池的近似安時值。標稱容量是用來鑒別電池的近似安時值。 額定容量也叫保證容量，是按國家或有關部門頒布的標準，保額定容量也叫保證容量，是按國家或有關部門頒布的標準，保證電流在一定的放電條件下應該放出的最低限度的容量。證電流在一定的放電條件下應該放出的最低限度的容量。一、概一、概 述述 按照按照IECIEC標準和國標，鎳鎘和鎳氫電池在標準和國標，鎳鎘和鎳氫電池在(20i5)(20i5)條件下，以條件下，以0 01C1C充電工充電工6h6h后以后

7、以0 0，2C2C放電至放電至1 10V0V時所放出的電量為電池的時所放出的電量為電池的額定容量，以額定容量，以C C表示；鋰離子電池在常溫、恒流表示；鋰離子電池在常溫、恒流(1C)(1C)、恒壓、恒壓(4(42V)2V)條件下充電條件下充電3h3h后，再以后，再以0 02C2C放電至放電至2 275V75V時所放出的電量時所放出的電量為電池的額定容量。為電池的額定容量。 荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)(SOC)(SOC)是電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條是電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值，它反映電池容量的變化。件下額定容量的比值，它反映電池容量的變化。3 3內(nèi)阻內(nèi)阻 電池的內(nèi)

8、阻是指電流流過電池內(nèi)部時所受到的阻力。電池的內(nèi)阻是指電流流過電池內(nèi)部時所受到的阻力。4 4能量能量 電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，單位是單位是W W* *h h或或kWkWh h。它影響電動汽車的行駛距離。能量分為理。它影響電動汽車的行駛距離。能量分為理論能量、實際能量、比能量和能量密度。論能量、實際能量、比能量和能量密度。一、概一、概 述述 理論能量是電池的理論容量與額定電壓的乘積，指一定標理論能量是電池的理論容量與額定電壓的乘積，指一定標準所規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的能量；準所規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的能量；

9、 實際能量是電池實際容量與平均工作電壓的乘積，表示在實際能量是電池實際容量與平均工作電壓的乘積，表示在一定條件下電池所能輸出的能量；一定條件下電池所能輸出的能量； 比能量也稱質(zhì)量比能量，是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電比能量也稱質(zhì)量比能量，是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能，單位是能，單位是W W* *h hkgkg，常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)；，常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)； 能量密度也稱體積比能量，是指電池單位體積所能輸出的能量密度也稱體積比能量，是指電池單位體積所能輸出的電能，單位是電能，單位是W W* *h hL L。 電池的比能量是綜合性指標，它反映了電池的質(zhì)量水平。電池的比能量是綜合

10、性指標，它反映了電池的質(zhì)量水平。電池的比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，是評價電電池的比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，是評價電動汽車的動力電池是否滿足預定續(xù)駛里程的重要指標。動汽車的動力電池是否滿足預定續(xù)駛里程的重要指標。一、概一、概 述述5 5功率功率 電池的功率是指電池在電池的功率是指電池在定放電制度下，單位時間內(nèi)所輸定放電制度下，單位時間內(nèi)所輸山能量的大小，單位為山能量的大小，單位為W W 或或kWkW。電池的功率決定了電動汽車的。電池的功率決定了電動汽車的加速性能和爬坡能力。功率分為比功率和功率密度。加速性能和爬坡能力。功率分為比功率和功率密度。 比功率是指單位質(zhì)量電池所

11、能輸出的功率，也稱質(zhì)量比功率，比功率是指單位質(zhì)量電池所能輸出的功率，也稱質(zhì)量比功率，單位為單位為W Wkgkg或或kW/kgkW/kg；功率密度是指單位體積電池所能輸出的功；功率密度是指單位體積電池所能輸出的功率，也稱體積比功率，單位為率，也稱體積比功率，單位為W WL L或或kWkWL L。 6 6輸出效率輸出效率 容量效率是指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之容量效率是指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之比；能量效率是指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比；能量效率是指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比。比。7 7自放電率自放電率 自放電率是指電池在存放期間容量的

12、下降率，即電池無負荷自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池無負荷時自身放電使容量損失的時自身放電使容量損失的 速度。速度。 一、概一、概 述述 8 8、放電倍率、放電倍率 電池放電電流的大小常用電池放電電流的大小常用“放電倍率放電倍率”表示，即電池的放電表示，即電池的放電倍率用放電時間表示或者說以一定的放電電流放完額定容量所需倍率用放電時間表示或者說以一定的放電電流放完額定容量所需的小時數(shù)來表示。的小時數(shù)來表示。 放電倍率等于額定容量與放電電流之比。根據(jù)放電倍率的大放電倍率等于額定容量與放電電流之比。根據(jù)放電倍率的大小，可分為低倍率小，可分為低倍率(0(7(70C)0C)。 9 9使用

13、壽命使用壽命 使用壽命是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命期限。使用壽命是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命期限。 電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池可供使用的時間，包括電池的存放時間。使用周期是指電池電池可供使用的時間，包括電池的存放時間。使用周期是指電池可供重復使用的次數(shù)。可供重復使用的次數(shù)。一、概一、概 述述電動汽車對動力電池的要求電動汽車對動力電池的要求 電動汽車對動力電池的要求主要有如下幾點。電動汽車對動力電池的要求主要有如下幾點。 (1)(1)比能量高。比能量高。 (2)(2)比功率大。比功率大。 (3)(3)充放電效率高。

14、充放電效率高。 (4)(4)相對穩(wěn)定性好。相對穩(wěn)定性好。 (5)(5)使用成本低。使用成本低。 (6)(6)安全性好。安全性好。 二、二、 蓄電池蓄電池 電動汽車使用的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電動汽車使用的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、鋅鎳電池、空氣電池等。電池、鋰離子電池、鋅鎳電池、空氣電池等。 放電時總的反應為：二、二、 蓄電池蓄電池放電時總的反應為：充電時的總反應為二、二、 蓄電池蓄電池 4 4鉛酸蓄電池的特點鉛酸蓄電池的特點鉛酸蓄電池具有以下優(yōu)點。鉛酸蓄電池具有以下優(yōu)點。 (1)(1)除鋰離子電池外，在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最除鋰離子電池

15、外，在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最高，為高，為2 20V0V。 (2)(2)價格低廉。價格低廉。 (3)(3)可制成小至可制成小至lAlA* *h h大至幾千大至幾千A Ah h的各種尺寸和結(jié)構(gòu)的蓄電池的各種尺寸和結(jié)構(gòu)的蓄電池. . (4) (4)高倍率放電性能良好，可用于引擎起動。高倍率放電性能良好，可用于引擎起動。 (5)(5)高低溫性能良好，可在一高低溫性能良好，可在一40406060條件下工作。條件下工作。 (6)(6)電能效率高達電能效率高達6060。 (7)(7)易于浮充使用，沒有易于浮充使用，沒有“記憶記憶”效應。效應。 (8)(8)易于識別荷電狀態(tài)。易于識別荷電狀態(tài)。鉛酸蓄

16、電池具有以下缺點。鉛酸蓄電池具有以下缺點。 (1) (1)比能量低，在電動汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充比能量低，在電動汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充電行駛里程短。電行駛里程短。 (2) (2)使用壽命短，使用成本高。使用壽命短，使用成本高。 (3) (3)充電時間長。充電時間長。 (4) (4)鉛是重金屬，存在污染。鉛是重金屬，存在污染。二、二、 蓄電池蓄電池 1 1、鎳氫電池的分類、鎳氫電池的分類 按照外形，鎳氫電池分為方形鎳氫電池和圓形鎳氫電池。按照外形，鎳氫電池分為方形鎳氫電池和圓形鎳氫電池。2 2、鎳氫電池的結(jié)構(gòu)、鎳氫電池的結(jié)構(gòu) 鎳氫電池主要由正極、負極、極板、隔板、電解液等

17、組成。鎳氫電池主要由正極、負極、極板、隔板、電解液等組成。 鎳氫電池正極是活性物質(zhì)氫氧化鎳，負極是儲氫合金，用氫鎳氫電池正極是活性物質(zhì)氫氧化鎳，負極是儲氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負極之間有隔膜，共同組成鎳氫單體電氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負極之間有隔膜，共同組成鎳氫單體電池。在金屬鉑的催化作用下，完成充電和放電的可逆反應。池。在金屬鉑的催化作用下，完成充電和放電的可逆反應。3 3、鎳氫電池的工作原理、鎳氫電池的工作原理 充電時正、負極的電化學反應為充電時正、負極的電化學反應為 Ni(OH)2Ni(OH)2一一e+OH=NiOOH+H20e+OH=NiOOH+H20 2MH-2e)2M+H2

18、 2MH-2e)2M+H2 放電時正、負極的電化學反應為放電時正、負極的電化學反應為 NiOOH+H20-4-eNiOOH+H20-4-e一一+Ni(OH)2+OH+Ni(OH)2+OH 2M+H22MH+2e 2M+H22MH+2e 當鎳氫電池以標準電流放電時，平均工作電壓為當鎳氫電池以標準電流放電時，平均工作電壓為1 12Vo2Vo當電當電池以池以8C8C率放電時，端電壓降至率放電時，端電壓降至1 11V1V時，則認為放電已完成。電時，則認為放電已完成。電壓壓1 11V1V稱為稱為8C8C率放電時的放電終止電壓率放電時的放電終止電壓(0(0，6-06-08V)8V)。二、二、 蓄電池蓄電池

19、 4 4、鎳氫電池的特點、鎳氫電池的特點 (1)(1)比功率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到比功率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W1350Wkgkg。 (2)(2)循環(huán)次數(shù)多。目前應用在電動汽車上的鎳氫電池，循環(huán)次數(shù)多。目前應用在電動汽車上的鎳氫電池，8080放電深度放電深度(DOD)(DOD)循環(huán)可以達循環(huán)可以達10001000次以上，為鉛酸蓄電池的次以上，為鉛酸蓄電池的3 3倍以上，倍以上，100100DODDOD循環(huán)壽命也在循環(huán)壽命也在500500次以上，在混合動力汽車中可使用次以上，在混合動力汽車中可使用5 5年年以上。以上。 (3)(3)無污染。鎳氫電池不含鉛、鎘等

20、對人體有害的金屬，為無污染。鎳氫電池不含鉛、鎘等對人體有害的金屬，為21-21-世紀世紀“綠色環(huán)保電源綠色環(huán)保電源”。 (4) (4)耐過充過放。耐過充過放。 (5) (5)無記憶效應。無記憶效應。 (6)(6)使用溫度范圍寬。正常使用溫度范圍一使用溫度范圍寬。正常使用溫度范圍一30553055；儲存；儲存溫度范圍一溫度范圍一40407070。 (7)(7)安全可靠。短路、擠壓、針刺、安全閥工作能力、跌落、安全可靠。短路、擠壓、針刺、安全閥工作能力、跌落、加熱、耐振動等安全性及可靠性試驗，無爆炸、燃燒現(xiàn)象。加熱、耐振動等安全性及可靠性試驗，無爆炸、燃燒現(xiàn)象。二、二、 蓄電池蓄電池 鎳鎘電池鎳鎘

21、電池1 1鎳鎘電池的結(jié)構(gòu)鎳鎘電池的結(jié)構(gòu) 鎘鎳電池是采用金屬鎘作為負極活性物質(zhì)，氫氧化鎳作為正鎘鎳電池是采用金屬鎘作為負極活性物質(zhì)，氫氧化鎳作為正極活性物質(zhì)的堿性蓄電極活性物質(zhì)的堿性蓄電 池。池。 正、負極材料分別填充在穿孔的附鎳鋼帶正、負極材料分別填充在穿孔的附鎳鋼帶( (或鎳帶或鎳帶) )中，經(jīng)拉中，經(jīng)拉漿、滾壓、燒結(jié)、化成或涂膏、烘干、壓片等方法制成極板；漿、滾壓、燒結(jié)、化成或涂膏、烘干、壓片等方法制成極板；用聚酰胺非織布等材料作為隔離層；用聚酰胺非織布等材料作為隔離層；用氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)溶液；電極經(jīng)卷繞或疊合組裝在塑用氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)溶液；電極經(jīng)卷繞或疊合組裝在塑料或鍍鎳

22、鋼殼內(nèi)。料或鍍鎳鋼殼內(nèi)。 2 2，鎳鎘電池充放電時的電化學反應，鎳鎘電池充放電時的電化學反應鎳鎘電池放電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為鎳鎘電池放電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為總的電化學反應為總的電化學反應為鎳鎘電池充電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為鎳鎘電池充電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為總的電化學反應為總的電化學反應為二、二、 蓄電池蓄電池 鎳鎘電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再鎳鎘電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。放電時，就不能放出全部電量。 鎳鎘電池充電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為鎳鎘電池充電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為總的電

23、化學反應為總的電化學反應為二、二、 蓄電池蓄電池 鋰離子電池鋰離子電池 1 1、鋰離子電池的分類、鋰離子電池的分類 按照鋰離子電池的外形形狀，可以分為方形鋰離子電池和圓按照鋰離子電池的外形形狀，可以分為方形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池。柱形鋰離子電池。 按照鋰離子電池所用電解質(zhì)材料的不同，可以分為聚合物鋰按照鋰離子電池所用電解質(zhì)材料的不同，可以分為聚合物鋰離子電池和液態(tài)鋰離子電池。離子電池和液態(tài)鋰離子電池。 按照鋰離子電池正極材料的不同，可以分為錳酸鋰離子電池、按照鋰離子電池正極材料的不同，可以分為錳酸鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池、鎳鈷鋰離子電池或鎳鈷錳鋰離子電池。磷酸鐵鋰離子電池、鎳鈷鋰離子

24、電池或鎳鈷錳鋰離子電池。 2 2鋰離子電池的結(jié)構(gòu)鋰離子電池的結(jié)構(gòu) 鋰離子電池由正極、負極、隔板、電解液和安全閥等組成。鋰離子電池由正極、負極、隔板、電解液和安全閥等組成。 (1)(1)正極。正極物質(zhì)在錳酸鋰離子電池中以錳酸鋰為主要原料，正極。正極物質(zhì)在錳酸鋰離子電池中以錳酸鋰為主要原料，在磷酸鐵鋰離子電池中以磷酸鐵鋰為主要原料，在鎳鈷鋰離子電在磷酸鐵鋰離子電池中以磷酸鐵鋰為主要原料，在鎳鈷鋰離子電池中以鎳鈷鋰為主要材料，在鎳鈷錳鋰離子電池中以鎳鈷錳鋰為池中以鎳鈷鋰為主要材料，在鎳鈷錳鋰離子電池中以鎳鈷錳鋰為主要材料。主要材料。 二、二、 蓄電池蓄電池 (2)(2)負極。負極活性物質(zhì)是由碳材料與

25、黏負極。負極活性物質(zhì)是由碳材料與黏合劑的混合物再加上有機溶劑調(diào)和制成糊合劑的混合物再加上有機溶劑調(diào)和制成糊狀，并涂覆在銅基上，呈薄層狀分布。狀，并涂覆在銅基上，呈薄層狀分布。(3)(3)隔板。隔板的功能是關閉或阻斷通道，隔板。隔板的功能是關閉或阻斷通道，它一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔它一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。膜。 (4)(4)電解液。電解液是以混合溶劑為主體電解液。電解液是以混合溶劑為主體的有機電解液。的有機電解液。 (5)(5)安全閥。安全閥實際上是一次性非修安全閥。安全閥實際上是一次性非修復式的破裂膜，一旦其進人工作狀態(tài)，就復式的破裂膜，一旦其進人工作狀態(tài)，就會保護蓄電

26、池使其停止工作，因此是蓄電會保護蓄電池使其停止工作，因此是蓄電池的最后保護手段。池的最后保護手段。 圖36 圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)1-一絕緣體；2一墊圈；3一PTC元件；4一正極端子；5一排氣孑L；6一安全閥；7一正極板；8一隔板；9一負極；10一負極板；11一正極；12一外殼二、二、 蓄電池蓄電池 3 3，鋰離子電池的工作原理，鋰離子電池的工作原理 鋰離子電池正極材料采用鋰化合物鋰離子電池正極材料采用鋰化合物LiCoO2LiCoO2、LiNiO2LiNiO2或或LiMn2O4LiMn2O4，負極采用鋰，負極采用鋰碳層間化合物碳層間化合物LixC6LixC6，電解液為有機溶液。，電解液為有機溶液

27、。 以以LiCoO2LiCoO2為正極材料，石墨為負極材料的鋰離子電池，正、為正極材料，石墨為負極材料的鋰離子電池，正、負極的電化學反應為負極的電化學反應為總反應為總反應為二、二、 蓄電池蓄電池 4 4鋰離子電池的特點鋰離子電池的特點 鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)如下。鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)如下。 (1)(1)工作電壓高。鋰離子電池工作電壓為工作電壓高。鋰離子電池工作電壓為3 36V6V，是鎳氫和鎳，是鎳氫和鎳鎘電池工作電壓的鎘電池工作電壓的3 3倍。倍。 (2)(2)比能量高。鋰離子電池比能量已達到比能量高。鋰離子電池比能量已達到150W150Wh hkgk

28、g，是，是鎳鎘電池的鎳鎘電池的3 3倍，鎳氫電池的倍，鎳氫電池的1 15 5倍。倍。 (3)(3)循環(huán)壽命長。目前鋰離子電池循環(huán)壽命已達到循環(huán)壽命長。目前鋰離子電池循環(huán)壽命已達到10001000次以上，次以上，在低放電深度下可達幾萬次，超過了其他幾種二次電池。在低放電深度下可達幾萬次，超過了其他幾種二次電池。 (4)(4)自放電率低。鋰離子電池月自放電率僅為自放電率低。鋰離子電池月自放電率僅為6 68 8，遠低，遠低于鎳鎘電池于鎳鎘電池(25(253030) )和鎳氫電池和鎳氫電池(15(152020).). 二、二、 蓄電池蓄電池 (5)(5)無記憶性?？梢愿鶕?jù)要求隨時充電，而不會降低電池性

29、無記憶性。可以根據(jù)要求隨時充電，而不會降低電池性能。能。 (6)(6)對環(huán)境無污染。鋰離子電池中不存在有害物質(zhì)，是名副對環(huán)境無污染。鋰離子電池中不存在有害物質(zhì)，是名副其實的其實的“綠色電池綠色電池”。 (7)(7)能夠制造成任意形狀。能夠制造成任意形狀。 鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)如下。鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)如下。 (1)(1)成本高。主要是正極材料成本高。主要是正極材料LiCoOLiCoO：的價格高，但按單位瓦：的價格高，但按單位瓦時的價格來計算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于時的價格來計算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池。 (2)

30、(2)必須有特殊的保護電路，以防止過充。必須有特殊的保護電路，以防止過充。二、二、 蓄電池蓄電池 鋅鎳電池鋅鎳電池 鋅鎳電池由鎳電極和鋅電極組成，兼有鎘鎳電池中鎳正極長鋅鎳電池由鎳電極和鋅電極組成，兼有鎘鎳電池中鎳正極長壽命和鋅銀電池中鋅負極高容量的優(yōu)越性能，是一種高性能綠色壽命和鋅銀電池中鋅負極高容量的優(yōu)越性能，是一種高性能綠色二次動力電池。二次動力電池。 1 1，鋅鎳電池的結(jié)構(gòu)，鋅鎳電池的結(jié)構(gòu) 鋅鎳電池的正極為氧化鎳電極，負極為鋅電極；鋅電極外包鋅鎳電池的正極為氧化鎳電極，負極為鋅電極；鋅電極外包裹多層隔膜，隔膜一般為無紡布裹多層隔膜，隔膜一般為無紡布( (常用聚丙烯和聚酞胺兩種常用聚丙烯

31、和聚酞胺兩種) )，分，分為儲存電解液的吸液隔膜和防止鋅枝晶穿透的隔膜；電極以極耳為儲存電解液的吸液隔膜和防止鋅枝晶穿透的隔膜；電極以極耳引出。鋅鎳電池的組成還包含電解液、氣閥、輔助電極和電池容引出。鋅鎳電池的組成還包含電解液、氣閥、輔助電極和電池容器等。器等。2 2鋅鎳電池的電化學反應機理鋅鎳電池的電化學反應機理 鋅鎳電池放電時負極和正極鋅鎳電池放電時負極和正極發(fā)生的電化學反應為發(fā)生的電化學反應為總的電化學反應為總的電化學反應為二、二、 蓄電池蓄電池 3鋅鎳電池的特點鋅鎳電池的特點 鋅鎳電池具有以下優(yōu)點。鋅鎳電池具有以下優(yōu)點。 (1)比能量高，可達比能量高，可達5080Whkg，明顯高于鉛酸

32、和鎳鎘電，明顯高于鉛酸和鎳鎘電池。池。 (2)比功率高，僅次于鋰離子電池。比功率高，僅次于鋰離子電池。 (3)工作電壓高，可達工作電壓高，可達165V，高于鎳氫和鎳鎘電池。，高于鎳氫和鎳鎘電池。 (4)工作溫度寬，為一工作溫度寬，為一2060。 (5)無記憶效應。無記憶效應。 (6)電池的生產(chǎn)和使用過程對環(huán)境不產(chǎn)生污染。電池的生產(chǎn)和使用過程對環(huán)境不產(chǎn)生污染。 (7)價格低。價格低。二、二、 蓄電池蓄電池 l空氣電池空氣電池 金屬空氣電池是用金屬燃料代替氫能源而形成的一種新概念金屬空氣電池是用金屬燃料代替氫能源而形成的一種新概念電池，有望成為新一代綠色能源。它發(fā)揮了燃料電池的眾多優(yōu)點，電池，有望

33、成為新一代綠色能源。它發(fā)揮了燃料電池的眾多優(yōu)點，將鋅、鋁等金屬像氫氣一樣提供到電池中的反應位置，與氧氣一將鋅、鋁等金屬像氫氣一樣提供到電池中的反應位置，與氧氣一起構(gòu)成一個連續(xù)的電能產(chǎn)生裝置。起構(gòu)成一個連續(xù)的電能產(chǎn)生裝置。1 1鋅空氣電池鋅空氣電池 鋅空氣電池是以空氣中的氧氣為正極活性物質(zhì)，金屬鋅為負鋅空氣電池是以空氣中的氧氣為正極活性物質(zhì)，金屬鋅為負極活性物質(zhì)的一種新型化學電源。鋅空氣電池是一種半蓄電池半極活性物質(zhì)的一種新型化學電源。鋅空氣電池是一種半蓄電池半燃料電池。燃料電池。 鋅空氣電池放電時陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為鋅空氣電池放電時陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為總的電化學反應為總的電化學

34、反應為二、二、 蓄電池蓄電池 2 2鋁空氣電池鋁空氣電池 鋁空氣電池用高純鋁或鋁合金作為陽極，空氣鋁空氣電池用高純鋁或鋁合金作為陽極，空氣( (氧氧) )電極作為電極作為陰極，堿或鹽作為電解液。在放電過程中陽極溶解，空氣中的氧陰極，堿或鹽作為電解液。在放電過程中陽極溶解，空氣中的氧被還原而釋放出電能。被還原而釋放出電能。鋁空氣電池放電時陽極的電化學反應為鋁空氣電池放電時陽極的電化學反應為陰極的電化學反應為陰極的電化學反應為鋁空氣電池總的電極反應為鋁空氣電池總的電極反應為二、二、 蓄電池蓄電池 蓄電池的充電方法蓄電池的充電方法 蓄電池的充電方法可以分為常規(guī)充電方法和快速充電方法兩蓄電池的充電方法

35、可以分為常規(guī)充電方法和快速充電方法兩種。種。 1 1，蓄電池常規(guī)充電方法，蓄電池常規(guī)充電方法 蓄電池的常規(guī)充電方法主要有恒流充電法、分段電流充電法、蓄電池的常規(guī)充電方法主要有恒流充電法、分段電流充電法、恒壓充電法、恒壓限流充電法等。恒壓充電法、恒壓限流充電法等。 1)1)恒流充電法恒流充電法 恒流充電法是通過調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串恒流充電法是通過調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)的電阻的方式使充電電流強度保持不變的充電方法。聯(lián)的電阻的方式使充電電流強度保持不變的充電方法。 該方法控制簡單，但由于蓄電池可接該方法控制簡單，但由于蓄電池可接受的電流能力是隨著充電過程的進行而受的電

36、流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，充電電流多逐漸下降的，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使析氣過甚，用于電解水，產(chǎn)生氣體，使析氣過甚，此時電能不能有效轉(zhuǎn)化為化學能，多變此時電能不能有效轉(zhuǎn)化為化學能，多變?yōu)闊崮芟牡袅?，因此常選用分段電流為熱能消耗掉了，因此常選用分段電流充電法。充電法。 二、二、 蓄電池蓄電池 2)2)分段電流充電法分段電流充電法 在充電過程中，為更有效地利用電能，而采用逐漸減小電流在充電過程中，為更有效地利用電能，而采用逐漸減小電流的方法?？紤]到蓄電池具體情況，分段電流充電法一般分為數(shù)段的方法?？紤]到蓄電池具體情況，分段電流充電法一般分為數(shù)段進行

37、充電，如二階段充電法和三階段充電法進行充電，如二階段充電法和三階段充電法. . (1)(1)二階段充電法。以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為二階段充電法。以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。恒電壓完成剩余的充電。 (2)(2)三階段充電法。三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒電三階段充電法。三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用

38、，受到一定的限制。種快速充電方法使用，受到一定的限制。二、二、 蓄電池蓄電池 3)3)恒壓充電法恒壓充電法 恒壓充電法指充電電源的電壓在全部恒壓充電法指充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓逐漸升高，電流逐漸減少。由于充端電壓逐漸升高，電流逐漸減少。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此隨著充電的進行，電流將逐漸減少，因此只需易易控制系統(tǒng)即可。只需易易控制系統(tǒng)即可。1)1)蓄電池快速充電的原理蓄電池快速充電的原理 提高蓄電池的化學反應速度有兩種提高蓄電池的

39、化學反應速度有兩種方式：一是改進蓄電池的結(jié)構(gòu)，以降低方式：一是改進蓄電池的結(jié)構(gòu)，以降低歐姆內(nèi)阻和提高反應離子的擴散速度；歐姆內(nèi)阻和提高反應離子的擴散速度；二是改進蓄電池的充電方法，允許加大二是改進蓄電池的充電方法，允許加大充電電流，縮短充電時間。充電電流，縮短充電時間。二、二、 蓄電池蓄電池 2)2)幾種快速充電方法幾種快速充電方法(1)(1)脈沖式充電法。脈沖充電法首先是用脈沖電流對蓄電池充電，脈沖式充電法。脈沖充電法首先是用脈沖電流對蓄電池充電，然后停充一段時間，如此循環(huán)。然后停充一段時間，如此循環(huán)。 充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學反應充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使

40、蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。高了蓄電池的充電電流接受率。二、二、 蓄電池蓄電池 (2)(2)變電流間歇充電法。變電流間歇充電法是建立在恒

41、流充電和變電流間歇充電法。變電流間歇充電法是建立在恒流充電和脈沖充電的基礎上。它的特點是將恒流充電段改為限壓變電流間脈沖充電的基礎上。它的特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。歇充電段。 充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將蓄電池恢復至完全充電態(tài)。通過間歇停充，使蓄電過充電量，將蓄電池恢復至完全充電態(tài)。通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣

42、和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的濃差極化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加頃利地進行，使蓄電池可內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加頃利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。以吸收更多的電量。(3)(3)變電壓間歇充電法。與變電流間歇充電方法不同之處在于第變電壓間歇充電法。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段不是間歇恒流，而是間歇恒壓。一階段不是間歇恒流，而是間歇恒壓。 三、三、 燃料電池燃料電池 燃料電池燃料電池(Fuel Cell(Fuel Cell，F(xiàn)C)FC)是一種化學電池，它直接把物

43、質(zhì)是一種化學電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學反應時釋放出的能量變換為電能，工作時需要連續(xù)地向發(fā)生化學反應時釋放出的能量變換為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)其供給活物質(zhì)( (起反應的物質(zhì)起反應的物質(zhì))燃料和氧化劑。由于它是把燃燃料和氧化劑。由于它是把燃料通過化學反應釋放出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電料通過化學反應釋放出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。池。l 燃料電池的分類燃料電池的分類 1)1)按燃料電池的運行機理分類按燃料電池的運行機理分類 根據(jù)燃料電池運行機理的不同，可分為酸性燃料電池和堿性根據(jù)燃料電池運行機理的不同，可分為酸性燃料電池和堿性燃料電池。燃料電池。 2)2)按電

44、解質(zhì)分類按電解質(zhì)分類 根據(jù)燃料電池中使用電解質(zhì)種類的不同，可分為質(zhì)子交換膜根據(jù)燃料電池中使用電解質(zhì)種類的不同，可分為質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池(PEMFC)(PEMFC)、性燃料電池、性燃料電池(AFC)(AFC)、磷酸燃料電池、磷酸燃料電池(PAFC)(PAFC)、熔、熔融碳酸鹽燃料電池融碳酸鹽燃料電池(MCFC)(MCFC)、固體氧化物燃料電池、固體氧化物燃料電池(SOFC)(SOFC)、直接甲、直接甲醇燃料電池醇燃料電池(DMFC)(DMFC)、再生型燃料電池、再生型燃料電池(RFC)(RFC)、鋅空燃料電池、鋅空燃料電池 (ZAFC)(ZAFC)、質(zhì)子陶瓷燃料電池、質(zhì)子陶瓷燃料電池(P

45、CFC)(PCFC)等。等。三、三、 燃料電池燃料電池l燃料電池電動汽車對燃料電池的要求燃料電池電動汽車對燃料電池的要求FCEVFCEV對燃料電池性能的基本要求有以下幾方面。對燃料電池性能的基本要求有以下幾方面。 (1)(1)燃料電池的比能量不低于燃料電池的比能量不低于150150200W200Wh hkgkg，比功率不，比功率不低于低于300300400W400Wkgkg，要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體，要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體(USABC)(USABC)所提出的電池性能和使用壽命的指標。所提出的電池性能和使用壽命的指標。 (2)(2)可以在一可以在一2020的條件下起動和工作，有

46、可靠的安全性和的條件下起動和工作，有可靠的安全性和密封性，不會發(fā)生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏。密封性，不會發(fā)生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏。 (3)(3)各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強度和可靠性，可以在負荷變化情各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強度和可靠性，可以在負荷變化情況下正常運轉(zhuǎn)，并能夠耐受況下正常運轉(zhuǎn)，并能夠耐受FCEVFCEV行駛時的振動和沖擊。行駛時的振動和沖擊。 (4)FCEV(4)FCEV除排放達到零污染的要求外，動力性能要求基本達除排放達到零污染的要求外，動力性能要求基本達到或接近內(nèi)燃機汽車的動力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠。到或接近內(nèi)燃機汽車的動力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠。 (5)(5)各種輔助

47、技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質(zhì)量應各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質(zhì)量應盡可能地減小，以符合盡可能地減小，以符合 FCEVFCEV的裝車要求。的裝車要求。 (6)(6)燃料充添方便、迅速，燃料電池能夠方便地進行電極和燃料充添方便、迅速，燃料電池能夠方便地進行電極和催化劑的更換和修理。催化劑的更換和修理。 (7)(7)所配置的輔助電源，應能滿足提供起動電能和儲存制動所配置的輔助電源，應能滿足提供起動電能和儲存制動反饋電能的要求。反饋電能的要求。三、三、 燃料電池燃料電池燃料電池的特點燃料電池的特點1 1燃料電池的優(yōu)點燃料電池的優(yōu)點 燃料電池與蓄電池相比，具有以下優(yōu)點。燃料電池與蓄

48、電池相比，具有以下優(yōu)點。 (1)(1)節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。 (2)(2)排放基本達到零污染。排放基本達到零污染。 (3)(3)無振動和噪聲、壽命長。無振動和噪聲、壽命長。 (4)(4)結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)。結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)。2 2燃料電池的缺點燃料電池的缺點 (1)(1)燃料種類單一燃料種類單一 (2) (2)要求高質(zhì)量的密封要求高質(zhì)量的密封 (3) (3)價格高價格高 (4)(4)需要配備輔助電池系統(tǒng)需要配備輔助電池系統(tǒng). . 三、三、 燃料電池燃料電池燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng) 燃料電池實際上不是燃料電池實際上不是“電池電池”，而是一個大的發(fā)電系統(tǒng)。對，而是一個大的發(fā)電系統(tǒng)。

49、對于質(zhì)子交換膜燃料電池，需要有燃料供應系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)于質(zhì)子交換膜燃料電池，需要有燃料供應系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。電系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。(1)(1)燃料供應系統(tǒng)。燃料供應系統(tǒng)給燃料電池提供燃料，燃料供應系統(tǒng)。燃料供應系統(tǒng)給燃料電池提供燃料， (2)(2)氧化劑系統(tǒng)。氧化劑系統(tǒng)主要給燃料電池提供氧氣。氧化劑系統(tǒng)。氧化劑系統(tǒng)主要給燃料電池提供氧氣。 (3)(3)發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)是指燃料電池本身，它將燃料和氧化劑發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)是指燃料電池本身，它將燃料和氧化劑中的化學能直接變成電能，而不需要經(jīng)過燃燒的過程

50、，它是一個中的化學能直接變成電能，而不需要經(jīng)過燃燒的過程，它是一個電化學裝置。電化學裝置。(4)(4)水管理系統(tǒng)。由于質(zhì)子交換膜燃料電池中質(zhì)子是以水合離子水管理系統(tǒng)。由于質(zhì)子交換膜燃料電池中質(zhì)子是以水合離子狀態(tài)進行傳導的，所以燃料電池需要有水，水少會影響電解質(zhì)膜狀態(tài)進行傳導的，所以燃料電池需要有水，水少會影響電解質(zhì)膜的質(zhì)子傳導特性，從而影響電池的性能。的質(zhì)子傳導特性，從而影響電池的性能。 三、三、 燃料電池燃料電池(5)(5)熱管理系統(tǒng)。對熱管理系統(tǒng)。對PEMFCPEMFC而言，應控制在而言，應控制在8080，因此需要及時將，因此需要及時將電池生成熱帶走，否則會發(fā)生過熱，燒壞電解質(zhì)膜。電池生成

51、熱帶走，否則會發(fā)生過熱，燒壞電解質(zhì)膜。 (6)(6)電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是將燃料電池發(fā)出的直流電變?yōu)檫m合用電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是將燃料電池發(fā)出的直流電變?yōu)檫m合用戶使用的電。戶使用的電。 (7)(7)控制系統(tǒng)。燃料電池控制系統(tǒng)的作用主要包括電池系統(tǒng)的啟控制系統(tǒng)。燃料電池控制系統(tǒng)的作用主要包括電池系統(tǒng)的啟動與停工；維持電池系統(tǒng)穩(wěn)定運行的各操作參數(shù)的控制；對電池動與停工；維持電池系統(tǒng)穩(wěn)定運行的各操作參數(shù)的控制；對電池運行狀態(tài)進行監(jiān)測、判斷等。運行狀態(tài)進行監(jiān)測、判斷等。(8)(8)安全系統(tǒng)。氫是燃料電池的主要燃料，氫的安全十分重要，安全系統(tǒng)。氫是燃料電池的主要燃料，氫的安全十分重要，其安全系統(tǒng)由氫氣探測器

52、、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及滅火設備等構(gòu)成。其安全系統(tǒng)由氫氣探測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及滅火設備等構(gòu)成。三、三、 燃料電池燃料電池 氫的存儲與輸送是燃料電池應用的關鍵技術之一，目前有兩氫的存儲與輸送是燃料電池應用的關鍵技術之一，目前有兩種方式：儲氫和重整制氫。種方式：儲氫和重整制氫。 l l，儲氫，儲氫 目前使用比較廣泛的儲氫技術有高壓儲氫、液態(tài)儲氫和儲氫目前使用比較廣泛的儲氫技術有高壓儲氫、液態(tài)儲氫和儲氫材料儲氫。材料儲氫。 2 2重整制氫重整制氫 燃料電池使用的燃料燃料電池使用的燃料氫氣可以由重整器提供。重整器使氫氣可以由重整器提供。重整器使用的原料可以是天然氣、汽油、柴油等各種烴類，以及甲醇、酒用的原

53、料可以是天然氣、汽油、柴油等各種烴類，以及甲醇、酒精等各種醇類燃料。目前使用的重整技術主要有蒸氣重整、部分精等各種醇類燃料。目前使用的重整技術主要有蒸氣重整、部分氧化重整、自動供熱重整以及等離子體重整等。蒸氣重整是目前氧化重整、自動供熱重整以及等離子體重整等。蒸氣重整是目前使用最廣泛的制氫方式。使用最廣泛的制氫方式。(1)(1)蒸氣重整。蒸氣重整是一個化學過程，其中，氫通過碳氫化蒸氣重整。蒸氣重整是一個化學過程，其中，氫通過碳氫化合物燃料和高溫水蒸氣之間的化學反應生成。合物燃料和高溫水蒸氣之間的化學反應生成。 (2)(2)部分氧化重整。部分氧化重整將燃料與氧相結(jié)合制氫，并生部分氧化重整。部分氧

54、化重整將燃料與氧相結(jié)合制氫，并生成一氧化碳。成一氧化碳。 三、三、 燃料電池燃料電池l 質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池1 1質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu) 質(zhì)子交換膜燃料電池由質(zhì)子交換膜、催化劑層、擴散層、集質(zhì)子交換膜燃料電池由質(zhì)子交換膜、催化劑層、擴散層、集流板流板( (又稱雙極板又稱雙極板) )組成，組成， (1)(1)質(zhì)子交換膜。它不只是一種將陽極的燃料與陰極的氧化劑隔質(zhì)子交換膜。它不只是一種將陽極的燃料與陰極的氧化劑隔開的隔膜材料，它還是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)開的隔膜材料，它還是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)( (電催化劑電催化劑) )的基底，的基底，即兼有隔膜和電

55、解質(zhì)的作用；另外，即兼有隔膜和電解質(zhì)的作用；另外，PEMPEM還是一種選擇透過性膜，還是一種選擇透過性膜，在質(zhì)子交換膜的高分子結(jié)構(gòu)中，含有多種離子基團，它只允許在質(zhì)子交換膜的高分子結(jié)構(gòu)中，含有多種離子基團，它只允許H+H+穿過，其他離子、氣體及液體均不能通過。穿過，其他離子、氣體及液體均不能通過。(2)(2)電催化劑。主要有鉑系和非鉑系兩類，目前多采用鉑催化劑。電催化劑。主要有鉑系和非鉑系兩類，目前多采用鉑催化劑。 (3)(3)電極。質(zhì)子交換膜燃料電池電極是一種多孔氣體擴散電極，電極。質(zhì)子交換膜燃料電池電極是一種多孔氣體擴散電極，一般由擴散層和催化層構(gòu)成。一般由擴散層和催化層構(gòu)成。 三、三、

56、燃料電池燃料電池(4)(4)膜電極。膜電極膜電極。膜電極(MEA)(MEA)是通過熱壓將陰極、陽極與質(zhì)子交換膜是通過熱壓將陰極、陽極與質(zhì)子交換膜復合在一起而形成的。復合在一起而形成的。 (5)(5)集流板與流場。集流板與流場。 集流板又稱雙極板，是電池的重要部件之一，集流板又稱雙極板，是電池的重要部件之一，集流板的集流板的作用是：分隔反應氣體，收集電流，將各個單電池串聯(lián)作用是：分隔反應氣體，收集電流，將各個單電池串聯(lián)起來和通過流場為反應氣體進入電極及水的排出提供通道。起來和通過流場為反應氣體進入電極及水的排出提供通道。 流場板一般是指按一定間隔開槽的石墨板，開的槽子就是流流場板一般是指按一定間

57、隔開槽的石墨板，開的槽子就是流道，在槽子之間形成流道間隔。道，在槽子之間形成流道間隔。流場的功能是：引導反應氣流動方向，確保反應氣均勻分配到電流場的功能是：引導反應氣流動方向，確保反應氣均勻分配到電極的各處流場，經(jīng)電極擴散層到達催化層參與電化學反應。極的各處流場，經(jīng)電極擴散層到達催化層參與電化學反應。 三、三、 燃料電池燃料電池 2 2質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理 質(zhì)子交換膜燃料電池在原理上相當于水電解的質(zhì)子交換膜燃料電池在原理上相當于水電解的“逆逆”裝置。裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃

58、料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)。學反應的催化劑，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)。 陰極和陽極發(fā)生的電化學反應為陰極和陽極發(fā)生的電化學反應為 電池總的反應為電池總的反應為三、三、 燃料電池燃料電池2 2質(zhì)子交換膜燃料電池的特點質(zhì)子交換膜燃料電池的特點質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點如下。質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點如下。 (1)(1)能量轉(zhuǎn)化效率高。能量轉(zhuǎn)化效率高。 (2)(2)可實現(xiàn)零排放?？蓪崿F(xiàn)零排放。 (3)(3)運行噪聲運行噪聲低，可靠性高。低，可靠性高。 (4)(4)維護方便。維護方便。

59、 (5)(5)發(fā)動效率平穩(wěn)。發(fā)動效率平穩(wěn)。 (6)(6)氫來氫來源廣泛。源廣泛。 (7)(7)技術成熟。技術成熟。 質(zhì)子交換膜燃料電池的缺點如下。質(zhì)子交換膜燃料電池的缺點如下。 (1)(1)成本高。成本高。 (2)(2)對氫的純度要求高。對氫的純度要求高。 三、三、 燃料電池燃料電池l堿性燃料電池堿性燃料電池 1 1堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理堿性燃料電池堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell(Alkaline Fuel Cell，AFC)AFC)以強堿以強堿( (如氫氧化鉀、氫如氫氧化鉀、氫氧化鈉氧化鈉) )為電解質(zhì)，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳

60、的空氣為電解質(zhì)，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑，采用對氧電化學還原具有良好催化活性的為氧化劑，采用對氧電化學還原具有良好催化活性的PtPtC C、AgAg、AgAuAgAu、NiNi等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧化極，以等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧化極，以hPdhPdC C、PtPtC C、NiNi或硼化鎳等具有良好催化氫電化學氧化的電或硼化鎳等具有良好催化氫電化學氧化的電催化劑制備的多孔氣體電極為氫電極。以無孔炭板、鎳板或鍍鎳甚催化劑制備的多孔氣體電極為氫電極。以無孔炭板、鎳板或鍍鎳甚至鍍銀、鍍金的各種金屬至鍍銀、鍍金的各種金屬( (如鋁、鎂、鐵等如鋁、鎂