大工14春《新能源發(fā)電》14

1、新能源發(fā)電輔導(dǎo)資料十四主題:第八章氫能與燃料電池(第4-6節(jié)學(xué)習(xí)時(shí)間:2014年6月30日7月6日內(nèi)容:我們這周主要學(xué)習(xí)氫能與燃料電池(第4-6節(jié)一、學(xué)習(xí)要求了解氫和氫能的特點(diǎn)及其利用情況,掌握主要的氫的制取和儲(chǔ)存方式,了解燃料電池的工作原理和主要類型,理解燃料電池的特點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值。二、主要內(nèi)容第四節(jié)燃料電池概述(一燃料電池的發(fā)展歷史燃料電池的研究已有170多年的歷史。20世紀(jì)50年代,燃料電池的研究得到了迅速發(fā)展。燃料電池的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)始于20世紀(jì)60年代的航天領(lǐng)域。20世紀(jì)50年代,在膜和催化劑方面所取得的突破性進(jìn)展,質(zhì)子交換膜燃料電池獲得了廣泛的研究和開(kāi)發(fā)。(二燃料電池的基本原理燃料電池是

2、一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池由陽(yáng)極、陰極和中間的電解質(zhì)及外接電路組成。工作時(shí),一般向陽(yáng)極供燃料(氫,向陰極供氧化劑(氧。不斷從外部供給燃料和氧化劑,燃料電池即可連續(xù)發(fā)電。最主要的燃料是氫。氧化劑是氧氣或空氣。為加速電化學(xué)反應(yīng),燃料電池的電極上往往都有催化劑。催化劑一般做成多孔材料,以增大燃料、電解質(zhì)和電極之間的接觸截面。這種多孔電極稱為氣體擴(kuò)散電極。由一個(gè)陽(yáng)極、一個(gè)陰極和相關(guān)的電解質(zhì)、燃料、空氣通路組成的最小電池單元稱為單體電池;多個(gè)單體電池重疊連接形成的整體,稱為電堆。實(shí)用的燃料電池均由電堆組成。燃料電池就像積木一樣,可以根據(jù)功率要求靈活組合,容量小到

3、為手機(jī)供電、大到可與常規(guī)發(fā)電廠相提并論。(三燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成燃料電池系統(tǒng),除燃料電池本體(發(fā)電系統(tǒng)外,還有一些外圍裝置,用于燃料重整供應(yīng)、氧氣供應(yīng)、水管理、熱管理、逆變、控制、安全等。這是大容量燃料電池可能具有的結(jié)構(gòu)。不同類型、容量和適用場(chǎng)合,有些部分可能被簡(jiǎn)化甚至取消。例如微型燃料電池、手機(jī)和筆記本電腦的燃料電池。(四燃料電池發(fā)電的特點(diǎn)與干電池與蓄電池不同,燃料電池不是能量?jī)?chǔ)存裝置,而是能量轉(zhuǎn)化裝置。燃料電池具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):-能量轉(zhuǎn)換效率高。-污染物排放少。-能量轉(zhuǎn)換主裝置無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,設(shè)備可靠,噪音極小。-資源廣泛,建設(shè)靈活。第五節(jié)燃料電池的類型1、堿性燃料電池(AFC以氫氧化鉀等堿性

4、溶液為電解質(zhì),以高純度氫氣為燃料,以純氧氣作為氧化劑,工作溫度為60-80。在所有的應(yīng)用領(lǐng)域中,AFC燃料電池都有競(jìng)爭(zhēng)力。其低溫快速起動(dòng)特性,在很多場(chǎng)合更具優(yōu)勢(shì)。但是由于需要純H2和O2作為燃料和氧化劑,氣化凈水和排水排熱系統(tǒng)龐大,限制了其應(yīng)用。2、磷酸型燃料電池(PAFC以磷酸水溶液為電解質(zhì),以天然氣或甲醇等氣體的重整氣為燃料,以空氣為氧化劑,一般要用鉑金作催化劑。工作溫度200,發(fā)電效率30%多,用白金作催化劑,對(duì)燃料要求較高。對(duì)燃料氣和空氣中的CO2有耐受力,能適應(yīng)多種工作環(huán)境。3、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC以碳酸鹽為電解質(zhì);以混有CO2的O2為氧化劑;可用重整氣(含H2和CO2為燃

5、料。電極采用鎳。工作溫度為600700,不需要采用貴金屬作為催化劑。工作過(guò)程中放出的高溫余熱可回收,發(fā)電效率45%-60%?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn),MCFC具有較好的應(yīng)用前景。不過(guò),高溫條件下電解質(zhì)的腐蝕性較強(qiáng),對(duì)電池材料有嚴(yán)格要求;而且廢熱回收裝置又大又重,MCFC只適用于大功率發(fā)電廠。4、固體氧化物型燃料電池(SOFC常采用ZrO2+Y2O3固體電解質(zhì),以重整氣為燃料,以空氣為氧化劑。多孔電極。工作溫度最高,約1000,運(yùn)行壓力0.3-1.0MPa。高溫下工作,不需要采用貴金屬作為催化劑;但采用復(fù)合廢熱回收裝置,體積大,質(zhì)量重,只適用于大功率發(fā)電廠。國(guó)際上正在研發(fā)400-800中低溫SOFC電解質(zhì)。

6、5、質(zhì)子交換膜型燃料電池(PEMFC燃料一般為高純度的氫氣。采用以離子導(dǎo)電的固體高分子電解質(zhì)膜。最佳溫度為80。工作溫度低,需要采用貴金屬作為催化劑。發(fā)電效率約50%-70%。PEMFC最大優(yōu)越性體現(xiàn)在工作溫度低。起動(dòng)快、功率密度高,而且只產(chǎn)生少量廢熱和液態(tài)水,不產(chǎn)生污染大氣的氮氧化物,是汽車(chē)動(dòng)力的理想電源之選。第六節(jié)燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域1、發(fā)電站燃料電池電站效率高、噪聲小、污染少、占地面積小,可能是未來(lái)最主要的發(fā)電技術(shù)之一。2、交通工具的動(dòng)力燃料電池不會(huì)或者極少排出污染物,可解決常規(guī)汽車(chē)的尾氣污染問(wèn)題,而且還沒(méi)有機(jī)械噪音。只要燃料供應(yīng)充足,車(chē)輛行駛的里程是可以不受限制的。3、儀器和通訊設(shè)備電源手機(jī)、相機(jī)等電子產(chǎn)品的主要難題就是電源問(wèn)題,壽命短,供電的維持時(shí)間也短。燃料電池可克服這一缺陷。4、軍事應(yīng)用燃料電池型號(hào)多,噪音小,適合軍用。這種重要的新型發(fā)電方式,可以大大提高燃料利用率、降低空氣污染及解決電力供應(yīng)、提高電網(wǎng)的安全性。作為繼火電、水電、核電之后的第四代發(fā)電方式,燃料電池將在能源領(lǐng)域里占據(jù)舉足輕重的地位。三、習(xí)題(一填空題1.燃料電池是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的_轉(zhuǎn)化為_(kāi)的發(fā)電裝置。答案:化學(xué)能、電能。2.根據(jù)所用電解質(zhì)的種類,燃料電池可分為_(kāi)、磷酸型燃料電池、_、_和質(zhì)子交換膜燃料電池等。答案:堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池。(二選擇題燃料電池系