燃料電池堆與燃料電池系統(tǒng)課件

燃料電池堆1燃料電池堆1燃料電池堆實驗儀器2燃料電池堆實驗儀器2氣體鋼瓶3氣體鋼瓶3氣體流量控制器4氣體流量控制器4測試系統(tǒng)(1)左為陽極反應(yīng)物溫度，右為陰極。(2)陽極、整個電池、陰極的選擇鈕。(3)電池電勢指示器。(4)燃料電池測試裝置。5測試系統(tǒng)(1)左為陽極反應(yīng)物溫度，右為陰極。5燃料電池堆示意圖單節(jié)電池6燃料電池堆示意圖單節(jié)電池6PEMFC單電池示意圖7PEMFC單電池示意圖7燃料電池堆-自然進氣18燃料電池堆-自然進氣18燃料電池堆-自然進氣29燃料電池堆-自然進氣29燃料電池堆-流道按此回反應(yīng)氣體頁10燃料電池堆-流道按此回反10燃料電池堆-組裝11燃料電池堆-組裝11燃料電池堆以氫氧燃料電池為例，單電池的操作電壓大約在0.6～0.9V之間，所需之電壓往往高出單電池許多，為此需求必須將多個單電池串接起來形成燃料電池堆（fuelcellstack），以提高輸出電壓。12燃料電池堆以氫氧燃料電池為例，單電池的操作電壓大約在0.6～電池堆的設(shè)計決定工作面積和串聯(lián)數(shù)目氣體分配問題密封組裝13電池堆的設(shè)計決定工作面積和串聯(lián)數(shù)目13工作面積與串聯(lián)數(shù)目首先必須根據(jù)使用者需求來決定單電池的工作面積和串聯(lián)數(shù)目，工作面積決定操作電流的大小，串聯(lián)數(shù)目決定操作電壓的高低。14工作面積與串聯(lián)數(shù)目首先必須根據(jù)使用者需求來決定單電池的工作面串聯(lián)數(shù)目計算以PEMFC為例，24V，600W，在0.6-0.9V的單電池操作電壓下電流密度大約200～800mA/cm2。假設(shè)0.7V，500mA/cm2時輸出24V電壓要35節(jié)單電池串聯(lián)。設(shè)計點：0.7V，500mA/cm2決定數(shù)目：24V/0.7=35cells15串聯(lián)數(shù)目計算以PEMFC為例，24V，600W，在0.6-工作面積計算在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25A的電流，因此有效工作面積為：25A÷500mA/cm2=50cm2。電流大小=600W/24V=25A電極面積=25A/500mA/cm2電極面積=50cm2。16工作面積計算在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25運算結(jié)果根據(jù)以上設(shè)計，一個電極工作面積為50cm2，由35節(jié)單電池組成的電池堆，工作電壓為24.5±3.5V可以輸出525～700W的功率，符合要求。按此回電池設(shè)計頁17運算結(jié)果根據(jù)以上設(shè)計，一個電極工作面積為50cm2，由35節(jié)反應(yīng)氣體在各節(jié)的分配問題最佳的氣體分佈狀態(tài)是氣體平均的流入流出每個單電池，其設(shè)計原則之ㄧ是各單電池雙極板流場結(jié)構(gòu)務(wù)必一致，以確保流場阻力相等。18反應(yīng)氣體在各節(jié)的分配問題最佳的氣體分佈狀態(tài)是氣體平均的流入流PEMFC常見的流道結(jié)構(gòu)19PEMFC常見的流道結(jié)構(gòu)19流場阻力單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場阻力，為了降低阻力而加大共通管道面積往往會減少有效利用面積，而造成電池體積比功率與質(zhì)量比功率的下降。按此回電池設(shè)計頁20流場阻力單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場阻力，為密封電池堆密封是為了確保陰極與陽極兩側(cè)的反應(yīng)氣體不會互竄及外漏，主要問題在於不當(dāng)密封與材料老化。21密封電池堆密封是為了確保陰極與陽極兩側(cè)的反應(yīng)氣體不會互竄及外不當(dāng)密封與材料老化不當(dāng)密封設(shè)計將會使得雙極板與電極之間的接觸電阻增加而降低性能。電池堆運行過程中會因為密封件老化變形造成氣體互竄外漏，由於運行中密封件不斷變形，須附加自緊裝置或定期人工緊固電池。22不當(dāng)密封與材料老化不當(dāng)密封設(shè)計將會使得雙極板與電極之間的接觸密封材料低溫燃料電池可以採用橡皮環(huán)或鐵氟龍墊片進行密封。高溫燃料電池堆則需採用特殊材料，如prexy玻璃或玻璃/陶瓷複合材料。23密封材料低溫燃料電池可以採用橡皮環(huán)或鐵氟龍墊片進行密封。23燃料電池系統(tǒng)燃料電池的工作方式與內(nèi)燃機類似，必須不斷送入燃料氣體與氧化劑，才能確保穩(wěn)定輸出電能，還必須能夠排出與生成量相等的反應(yīng)產(chǎn)物。24燃料電池系統(tǒng)燃料電池的工作方式與內(nèi)燃機類似，必須不斷送入燃料燃料電池系統(tǒng)方塊圖25燃料電池系統(tǒng)方塊圖25燃料重整改質(zhì)中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時，必須先通過重整改質(zhì)器（reformer），將燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體並去除對氧化過程有毒的雜質(zhì)。高溫燃料電池本身具有內(nèi)重整能力，可以直接使用甲醇、天然氣等碳氫燃料。26燃料重整改質(zhì)中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時，必須先通過重整輸出燃料電池與化學(xué)電池一樣，輸出為直流電，當(dāng)FC的內(nèi)電阻高時具有較佳的抗短路性能。當(dāng)負載變化幅度加大，輸出電壓變化也隨之加大，為求穩(wěn)定輸出必須加裝直流電穩(wěn)壓器（DC/DCconverter），可加裝逆變器（DC/ACinverter）轉(zhuǎn)成交流電。27輸出燃料電池與化學(xué)電池一樣，輸出為直流電，當(dāng)FC的內(nèi)電阻高時燃料電池的廢熱目前電能轉(zhuǎn)換效率大約40～60%，有近半的化學(xué)能須以熱的形式表現(xiàn)，為了保持工作溫度的穩(wěn)定，必須將這些廢熱排放出去或者再利用。28燃料電池的廢熱目前電能轉(zhuǎn)換效率大約40～60%，有近半的化學(xué)廢熱的處理與利用中低溫FC大都以回?zé)嵯到y(tǒng)將廢熱變成可利用的蒸氣。高溫FC則與其他發(fā)電裝置（如：渦輪機發(fā)電系統(tǒng)）組成複合發(fā)電循環(huán)，以提高發(fā)電效率與燃料利用率。29廢熱的處理與利用中低溫FC大都以回?zé)嵯到y(tǒng)將廢熱變成可利用的蒸系統(tǒng)裝置以上述來看，燃料電池系統(tǒng)必須具備供氣系統(tǒng)、燃料處理器、燃料電池堆、逆變器以及冷卻系統(tǒng)，最重要的是必須具備燃料電池控制器進行氣、水、熱、電的管控，而構(gòu)成一個自動運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。30系統(tǒng)裝置以上述來看，燃料電池系統(tǒng)必須具備供氣系統(tǒng)、燃料處理器3131燃料電池堆32燃料電池堆1燃料電池堆實驗儀器33燃料電池堆實驗儀器2氣體鋼瓶34氣體鋼瓶3氣體流量控制器35氣體流量控制器4測試系統(tǒng)(1)左為陽極反應(yīng)物溫度，右為陰極。(2)陽極、整個電池、陰極的選擇鈕。(3)電池電勢指示器。(4)燃料電池測試裝置。36測試系統(tǒng)(1)左為陽極反應(yīng)物溫度，右為陰極。5燃料電池堆示意圖單節(jié)電池37燃料電池堆示意圖單節(jié)電池6PEMFC單電池示意圖38PEMFC單電池示意圖7燃料電池堆-自然進氣139燃料電池堆-自然進氣18燃料電池堆-自然進氣240燃料電池堆-自然進氣29燃料電池堆-流道按此回反應(yīng)氣體頁41燃料電池堆-流道按此回反10燃料電池堆-組裝42燃料電池堆-組裝11燃料電池堆以氫氧燃料電池為例，單電池的操作電壓大約在0.6～0.9V之間，所需之電壓往往高出單電池許多，為此需求必須將多個單電池串接起來形成燃料電池堆（fuelcellstack），以提高輸出電壓。43燃料電池堆以氫氧燃料電池為例，單電池的操作電壓大約在0.6～電池堆的設(shè)計決定工作面積和串聯(lián)數(shù)目氣體分配問題密封組裝44電池堆的設(shè)計決定工作面積和串聯(lián)數(shù)目13工作面積與串聯(lián)數(shù)目首先必須根據(jù)使用者需求來決定單電池的工作面積和串聯(lián)數(shù)目，工作面積決定操作電流的大小，串聯(lián)數(shù)目決定操作電壓的高低。45工作面積與串聯(lián)數(shù)目首先必須根據(jù)使用者需求來決定單電池的工作面串聯(lián)數(shù)目計算以PEMFC為例，24V，600W，在0.6-0.9V的單電池操作電壓下電流密度大約200～800mA/cm2。假設(shè)0.7V，500mA/cm2時輸出24V電壓要35節(jié)單電池串聯(lián)。設(shè)計點：0.7V，500mA/cm2決定數(shù)目：24V/0.7=35cells46串聯(lián)數(shù)目計算以PEMFC為例，24V，600W，在0.6-工作面積計算在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25A的電流，因此有效工作面積為：25A÷500mA/cm2=50cm2。電流大小=600W/24V=25A電極面積=25A/500mA/cm2電極面積=50cm2。47工作面積計算在24V的操作電壓下，600W的FC必須輸出25運算結(jié)果根據(jù)以上設(shè)計，一個電極工作面積為50cm2，由35節(jié)單電池組成的電池堆，工作電壓為24.5±3.5V可以輸出525～700W的功率，符合要求。按此回電池設(shè)計頁48運算結(jié)果根據(jù)以上設(shè)計，一個電極工作面積為50cm2，由35節(jié)反應(yīng)氣體在各節(jié)的分配問題最佳的氣體分佈狀態(tài)是氣體平均的流入流出每個單電池，其設(shè)計原則之ㄧ是各單電池雙極板流場結(jié)構(gòu)務(wù)必一致，以確保流場阻力相等。49反應(yīng)氣體在各節(jié)的分配問題最佳的氣體分佈狀態(tài)是氣體平均的流入流PEMFC常見的流道結(jié)構(gòu)50PEMFC常見的流道結(jié)構(gòu)19流場阻力單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場阻力，為了降低阻力而加大共通管道面積往往會減少有效利用面積，而造成電池體積比功率與質(zhì)量比功率的下降。按此回電池設(shè)計頁51流場阻力單電池之間的共通管道阻力必須小於單電池的流場阻力，為密封電池堆密封是為了確保陰極與陽極兩側(cè)的反應(yīng)氣體不會互竄及外漏，主要問題在於不當(dāng)密封與材料老化。52密封電池堆密封是為了確保陰極與陽極兩側(cè)的反應(yīng)氣體不會互竄及外不當(dāng)密封與材料老化不當(dāng)密封設(shè)計將會使得雙極板與電極之間的接觸電阻增加而降低性能。電池堆運行過程中會因為密封件老化變形造成氣體互竄外漏，由於運行中密封件不斷變形，須附加自緊裝置或定期人工緊固電池。53不當(dāng)密封與材料老化不當(dāng)密封設(shè)計將會使得雙極板與電極之間的接觸密封材料低溫燃料電池可以採用橡皮環(huán)或鐵氟龍墊片進行密封。高溫燃料電池堆則需採用特殊材料，如prexy玻璃或玻璃/陶瓷複合材料。54密封材料低溫燃料電池可以採用橡皮環(huán)或鐵氟龍墊片進行密封。23燃料電池系統(tǒng)燃料電池的工作方式與內(nèi)燃機類似，必須不斷送入燃料氣體與氧化劑，才能確保穩(wěn)定輸出電能，還必須能夠排出與生成量相等的反應(yīng)產(chǎn)物。55燃料電池系統(tǒng)燃料電池的工作方式與內(nèi)燃機類似，必須不斷送入燃料燃料電池系統(tǒng)方塊圖56燃料電池系統(tǒng)方塊圖25燃料重整改質(zhì)中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時，必須先通過重整改質(zhì)器（reformer），將燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體並去除對氧化過程有毒的雜質(zhì)。高溫燃料電池本身具有內(nèi)重整能力，可以直接使用甲醇、天然氣等碳氫燃料。57燃料重整改質(zhì)中低溫的FC以醇類或烴類為燃料時，必須先通過重整輸出燃料電池與化學(xué)電池一樣，輸出為直流電，當(dāng)FC的內(nèi)電阻高時具有較佳的抗短路性能。當(dāng)負載變化幅度加大，輸出電壓變化也隨之加大，為求穩(wěn)定輸出必須加裝直流電穩(wěn)壓器（DC/DCconverter），可加裝逆變器（DC/ACinverter）轉(zhuǎn)成交流電。58輸出燃料電池與化學(xué)電池一樣，輸出為直流電，當(dāng)FC的內(nèi)電阻高時燃料電池的廢熱目前電能轉(zhuǎn)換效率大約40～60%，有近半的化學(xué)能須以熱的形式表現(xiàn)，為了保持工作溫度的穩(wěn)定，必須將這些廢熱排放出去或者再利用。59燃料電池的廢熱目前電能轉(zhuǎn)換效率大約40～60%，有近半的化