應(yīng)用電化學(xué)-第三章課件

第三章化學(xué)電源§３.１概述§３.２一次電池§３.３二次電池§３.４燃料電池第三章化學(xué)電源§３.１概述1§３.１概述１主要術(shù)語(yǔ)化學(xué)電源:俗稱電池,是將氧化還原的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。充(放)電過程:化學(xué)電源對(duì)(被)外電路供電的過程?；瘜W(xué)電源的分類:一次電池、二次電池、儲(chǔ)備電池、燃料電池?；瘜W(xué)電源的組成：正、負(fù)極和電解液?！欤?１概述１主要術(shù)語(yǔ)22化學(xué)電源的主要性能1.化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓電池電動(dòng)勢(shì)：理論電壓，無(wú)電流通過時(shí)正負(fù)極間的電極電勢(shì)差。開路電位：無(wú)負(fù)荷情況下的電池電勢(shì)。2.工作電壓和電池的內(nèi)阻工作電壓：電池有電流流過時(shí)的端電壓（受電流、放電深度、溫度影響）電池放電的電壓特性：額定電壓、中點(diǎn)電壓、截止電壓2化學(xué)電源的主要性能1.化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓3當(dāng)電池外加一負(fù)載時(shí)，外線路中有電流通過，電池的工作電壓V：放電時(shí)充電時(shí)內(nèi)阻極化內(nèi)阻當(dāng)電池外加一負(fù)載時(shí)，外線路中有電流通過，電池的工作電壓V：放43.電流和反應(yīng)速率電流是電池充（放）電速度的一種量度，與電活性物質(zhì)的電子遷移速度、電解質(zhì)中離子遷移速度、電池的制造工藝和電池大小有關(guān)。4.電池的容量及影響因素電池容量：在一定的放電條件下，電池放電到終止電壓時(shí)所放出的電量。電池理論的容量；3.電流和反應(yīng)速率4.電池的容量及影響因素5實(shí)際容量則通過以下關(guān)系式計(jì)算：恒電流放電變電流放電恒電阻放電實(shí)際容量則通過以下關(guān)系式計(jì)算：恒電流放電65.比能量和比功率電池的能量是在一定條件下，電池所作出的電功，為放電容量與電池平均工作電壓的乘積。W=C*V平均電池的比能量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積的電池所輸出的能量電池功率：P=W/t在一定條件下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量。電池的比功率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積電池所輸出的功率。5.比能量和比功率電池的能量是在一定條件下，電池所作76.電池的壽命使用壽命：電池工作到不能再工作的時(shí)間壽命循環(huán)壽命：在二次電池報(bào)銷前，電池經(jīng)歷的充放電次數(shù)．循環(huán)壽命與放電深度、充放電電流和溫度有關(guān)。貯存壽命：電池性能或電池容量降低到額定指標(biāo)以下時(shí)的貯存時(shí)間。貯存壽命與電池的自放電有關(guān)。6.電池的壽命87.自放電自放電：由于電池中一些自發(fā)過程的進(jìn)行而引起的電池容量的損失。原因（1）不期望的副反應(yīng)的發(fā)生；（2）電池內(nèi)部變化而導(dǎo)致的接觸問題；（3）活性物質(zhì)的再結(jié)晶；（4）陽(yáng)極溶解；（5）電解質(zhì)橋上的放電。8.過充電對(duì)二次電池，充電時(shí)間太長(zhǎng)，出現(xiàn)新的電極反應(yīng)，如水的電解。7.自放電93化學(xué)電源的選擇和應(yīng)用理想的電化學(xué)電池應(yīng)是安全、價(jià)廉、容量大、輸出功率范圍大、工作溫度和環(huán)境條件限制小、貯存壽命長(zhǎng)等。選擇電池可考慮的因素有：（1）電池類型；（2）電化學(xué)體系；（3）電壓；（4）負(fù)載和放電形式；（5）放電制度；（6）溫度（7）使用時(shí)間；（8）物理性能；（9）貯存性能；（10）充放電循環(huán)；（11）環(huán)境條件；（12）安全性和可靠性；（13）苛刻的工作條件；（14）維護(hù)和補(bǔ)充；（15）成本。3化學(xué)電源的選擇和應(yīng)用理想的電化學(xué)電池應(yīng)是安全、價(jià)廉、容量10§３.２一次電池1一次電池的通性及應(yīng)用一次電池：電池放電后不能復(fù)原的一類電池優(yōu)點(diǎn)：方便、簡(jiǎn)單、容易使用、維修量小、貯存壽命長(zhǎng)、適當(dāng)?shù)谋饶芰亢捅裙β剩煽?、成本底。比能量和比功率有較大提高時(shí)，可應(yīng)用于便攜式收音機(jī)，通訊及電子儀器，測(cè)距儀，發(fā)報(bào)機(jī)等。一次電池都是輕便能源，按使用的電解液分類可分為堿或酸性電池、鹽類電解電池、有機(jī)電解質(zhì)溶液電池和固體電解質(zhì)電池?！欤?２一次電池1一次電池的通性及應(yīng)用112堿性鋅錳電池鋅錳電池→堿性鋅錳電池和空氣極化電池鹽類電解液鋅錳電池：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：放電過程中離子反應(yīng)：電極反應(yīng)：-2堿性鋅錳電池鋅錳電池→堿性鋅錳電池和空氣極化電池負(fù)極反應(yīng)12堿性電解液鋅錳電池：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電極反應(yīng)：堿性電解液鋅錳電池：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電極反應(yīng)：13堿性鋅錳電池的放電反應(yīng)：堿性鋅錳電池的放電曲線：堿性鋅錳電池的放電反應(yīng)：堿性鋅錳電池的放電曲線：14堿性鋅二氧化錳剖面圖1.電鍍銅上蓋（+）；2.KOH電解質(zhì)；3.MnO2陰極；4.光紡纖維隔離物；5.復(fù)合聚乙烯牛皮紙；6.金屬突出物；7.紙板絕緣物；8.鋼筒；9.黃銅集流器；10.粉狀鋅陽(yáng)極；11.鍍鋁彩印鋼外套；12.尼龍密封圈；13.鋼制電池內(nèi)底；14.電鍍彈簧銅的壓簧片；15.金屬墊圈；16電鍍的銅外底（-）；17.黃銅鉚釘堿性鋅二氧化錳剖面圖153其他幾種鋅一次電池1.鋅-氧化汞電池鋅-氧化汞電池的表示式：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定，自放電＜1％，高溫下可工作，用于醫(yī)療器械等。3其他幾種鋅一次電池1.鋅-氧化汞電池鋅-氧化汞電池的表示162.鋅空氣電池鋅空氣電池的表示式：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：優(yōu)點(diǎn)：沒有污染，比能量高，負(fù)極鋅的利用體積大。2.鋅空氣電池鋅空氣電池的表示式：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：負(fù)極173.鋅-氧化銀電池鋅-氧化銀電池的表示式：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：電池的內(nèi)阻不變（不增大）3.鋅-氧化銀電池鋅-氧化銀電池的表示式：負(fù)極反應(yīng)：正極反18§３.3二次電池1二次電池的一般性質(zhì)及應(yīng)用二次電池：又稱蓄電池或可充電電池，電池放電后可通過充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原后能夠再放電，且充、放電過程能反復(fù)多次循環(huán)進(jìn)行的一類電池。二次電池放電后須充電才能使活性物質(zhì)的復(fù)原，充電方式有恒電流充電、變電流充電和定電位充電三種。§３.3二次電池1二次電池的一般性質(zhì)及應(yīng)用192鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的表示式：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：2鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的表示式：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電池20鉛酸蓄電池有較強(qiáng)的自放電現(xiàn)象，影響電池壽命的主要原因：（1）極板柵腐蝕；（2）正極活性物質(zhì)的脫落；（3）負(fù)極自放電；（4）極板柵硫酸化。鉛酸蓄電池由正負(fù)極板柵、隔膜、電解液及殼體組成。典型的密封膠體鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：鉛酸蓄電池有較強(qiáng)的自放電現(xiàn)象，影響電池壽命的主要原因：21應(yīng)用電化學(xué)-第三章課件22鉛酸蓄電池在充電后期，電極上發(fā)生的電化學(xué)行為正極：負(fù)極：鉛酸蓄電池在充電后期，電極上發(fā)生的電化學(xué)行為正極：負(fù)極：23多孔玻璃纖維隔板為氧氣的還原提供了條件：生成的硫酸鉛在充電時(shí)變?yōu)楹＞d狀的鉛擴(kuò)散到負(fù)極的氧氣還原為水：多孔玻璃纖維隔板為氧氣的還原提供了條件：生成的硫酸鉛在充電時(shí)243堿性Ni/Cd電池堿性Ni/Cd電池三個(gè)發(fā)展階段：極板（或袋式）電池→燒結(jié)式電池→密封式電池該電池的優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、自放電少、低溫性能好耐過充放電能力強(qiáng)等堿性Ni/Cd電池的表示為：負(fù)極反應(yīng)：3堿性Ni/Cd電池堿性Ni/Cd電池三個(gè)發(fā)展階段：極板25正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：由于在充電時(shí)，正極板先達(dá)到全充電，析出的氧氣可通過滲透性隔膜滲透到負(fù)極，且鎘對(duì)氧氣有強(qiáng)的化合能力：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：由于在充電時(shí)，正極板先達(dá)到全充電，析出的264氫鎳電池氫鎳電池（MHx-Ni）：原理是利用貯氫合金能用電化學(xué)方法可逆的吸收和放出氫，并能用于可逆貯氫電極。MHx-Ni電池的反應(yīng)機(jī)理：充電時(shí)氫由正極到負(fù)極，放電時(shí)氫由負(fù)極到正極，電解液沒有增減現(xiàn)象。負(fù)極：貯氫合金（如LaNiHx，x=6）或鈦-鎳合金（MHx）正極：堿性Ni/Cd電池中Ni電極技術(shù)電池的表示式：4氫鎳電池氫鎳電池（MHx-Ni）：原理是利用貯氫合金能27負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電池反應(yīng)：28在貯氫合金的研究方面，一般要求用于MH-Ni電池的貯氫合金須具備以下特點(diǎn)：1.高的貯氫容量，氫的平衡壓在1~1000PΘ；2.在堿液中穩(wěn)定，耐氧化性好，要良好的循環(huán)壽命；3.資源豐富，價(jià)格低廉，且對(duì)環(huán)境無(wú)害。在貯氫合金的研究方面，一般要求用于MH-Ni電池的貯氫合金須29燃料電池的分類，以工作溫度、所用燃料、和電解質(zhì)類型分類（1）以工作溫度，燃料電池可分為高、中、低溫型三類（2）按燃料來源，燃料電池可分為直接式燃料電池、間接式燃料電池和再生類型。（3）按電解質(zhì)類型分類，有磷酸型燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、堿性燃料電池等五類。燃料電池的分類，以工作溫度、所用燃料、和電解質(zhì)類型分類301839Grove發(fā)明燃料電池1889Mond和Langer首次采用燃料電池60年代燃料電池成功地用于阿波羅登月飛船燃料電池是一種等溫并直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效(50%～70%)、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,也是一種新型的無(wú)污染、無(wú)噪音、大規(guī)模、大功率和高效率汽車動(dòng)力和發(fā)電設(shè)備§3.4燃料電池1839Grove發(fā)明燃料電池§3.4燃料電池311燃料電池的工作原理和特點(diǎn)

（1）工作原理燃料電池將燃料氧化反應(yīng)所釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能與一般電池不同的是,在燃料電池中燃料及氧化劑(空氣與氧氣)可以連續(xù)不斷地供給電池,反應(yīng)產(chǎn)物可以連續(xù)不斷地從電池排出,同時(shí)連續(xù)不斷地輸出電能和熱能。燃料電池可視為一種特殊的發(fā)電裝置。1燃料電池的工作原理和特點(diǎn)（1）工作原理32

(-)Re∣electrolyte∣Ox(+)(+)氧化劑

氧（空氣），過氧化氫(-)H2

肼，烴electrolytes:KOH,H3PO3,membranes(-)Re∣electrolyte∣Ox33

不同燃料電池的基本反應(yīng)都是燃燒反應(yīng)e.g.(-)H2∣electrolyte∣O2(+)(-)H22H++2e(+)O2+4H++4e2H2O2H2+O22H2O不同燃料電池的基本反應(yīng)都是燃燒反應(yīng)e.g.(-)34應(yīng)用電化學(xué)-第三章課件35(2)燃料電池的特點(diǎn)A能量轉(zhuǎn)化效率高

在燃料電池中,燃料不是被燃燒變?yōu)闊崮?而是直接發(fā)電,不受卡諾熱機(jī)效率的限制理論上能量轉(zhuǎn)化效率在90%以上,實(shí)際效率可望在80%以上

理論轉(zhuǎn)換效率：

(2)燃料電池的特點(diǎn)36實(shí)際轉(zhuǎn)換效率

實(shí)際轉(zhuǎn)換效率37B比能量和比功率高封閉體系蓄電池與外界沒有物質(zhì)的交換,比能量不會(huì)隨時(shí)間變化,但是燃料電池由于不斷補(bǔ)充燃料,隨著時(shí)間延長(zhǎng),其輸出能量也越多C污染小B比能量和比功率高38D可靠性高電池組合是模塊結(jié)構(gòu),維修方便;處于額定功率以上過載運(yùn)行時(shí),它也能承受而效率變化不大;當(dāng)負(fù)載有變化時(shí),它的響應(yīng)速度也快E適用能力強(qiáng)可以使用多種初級(jí)燃料,包括火力發(fā)電廠不宜使用的低質(zhì)燃料設(shè)備占地面積小,建設(shè)工期短D可靠性高392燃料電池分類

按燃料的類型可分為：1）直接型：直接燃料2）間接型：重整燃料（如天然氣、煤等）3）再生型：產(chǎn)物再生為反應(yīng)物直接型和再生型燃料電池類似于一般的一次電池和二次電池

2燃料電池分類按燃料的類型可分為：40按電解質(zhì)的種類可分為堿性氫氧燃料電池(ＡＦＣ)磷酸鹽型燃料電池(ＰＡＦＣ)固體氧化物型燃料電池(ＳＯＦＣ)熔融碳酸鹽型燃料電池(ＭＣＦＣ)聚合物離子膜型燃料電池(ＰＥＭＦＣ)按電解質(zhì)的種類可分為41應(yīng)用電化學(xué)-第三章課件42(1)堿性氫氧燃料電池(AFC,Alkalinefuelcell)20世紀(jì)50年代起美國(guó)就開始對(duì)堿性燃料電池進(jìn)行研究,并在60年代中期成功地用于Apollo登月飛行優(yōu)點(diǎn)在于除貴金屬外,銀、鎳以及一些金屬氧化物都可以作電極催化劑,它的陰極性能也比酸性體系要好,而且電池的結(jié)構(gòu)材料也較便宜缺點(diǎn)在于對(duì)CO2和N2十分敏感,故不適用于地面。目前ＡＦＣ主要用作短期飛船和航天飛機(jī)的電源(1)堿性氫氧燃料電池(AFC,Alkalinefue43(2)PAFC,phosphorousacidfuelcell采用H3PO4液體做電解質(zhì),工作溫度180℃,使用Pt做催化劑特點(diǎn):●

發(fā)電效率在35～43%之間,熱電聯(lián)供時(shí)總效率為71～85%●

潔凈、對(duì)環(huán)境污染小,振動(dòng)和噪聲污染也很小●

滿負(fù)荷運(yùn)行可達(dá)到40000h,電池的輸出電壓的降低不大于10%●

裝置緊湊,檢修空間小,維修困難●PAFC電站可以使用各種氣態(tài)或液態(tài)燃料,如天然氣、液化石油氣、甲醇、煤油、沼氣等(2)PAFC,phosphorousacidfue44(3)SOFC,SolidoxidefuelcellSOFC工作溫度高達(dá)1000℃,反應(yīng)速度快,不需要貴重金屬做催化劑不存在電解質(zhì)腐蝕金屬問題碳?xì)浠衔锶剂峡勺詣?dòng)在燃料電池內(nèi)部重整,燃料中雜質(zhì)對(duì)電池的性能、壽命影響小燃料轉(zhuǎn)換效率高,高溫余熱可很好利用主要問題：固體氧化物電解質(zhì)所用的陶瓷材料脆性大,目前仍很難制造出大面積的固體電解質(zhì)膜,這嚴(yán)重制約了建造大功率SOFC；電流密度小、電壓降高、制造工藝復(fù)雜、成膜設(shè)備昂貴等(3)SOFC,Solidoxidefuelcel45(4)MCFC,MoltencarbonatefuelcellMCFC的電解質(zhì)由LiCO3和K2CO3組成,工作溫度在650℃左右,陰極、陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)快,無(wú)需貴金屬催化劑?？梢詫?duì)天然氣、煤炭氣化燃料進(jìn)行內(nèi)部重整,直接加以利用。不需要復(fù)雜昂貴的外重整設(shè)備燃料轉(zhuǎn)換效率高,余熱利用效率也較高但MCFC在高溫下長(zhǎng)期工作時(shí)電解質(zhì)損失造成的電池失效、隔板腐蝕對(duì)電池壽命的影響,以及鎳電極緩慢溶解所造成的性能下降都是有待解決的課題(4)MCFC,Moltencarbonatefue46(5)PEMFC,ProtonexchangemembranefuelcellPEMFC由若干單電池串聯(lián)而成。單電池由表面涂有催化劑的多孔陽(yáng)極、多孔陰極和置于其間的固體聚合物電解質(zhì)構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn):工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,開發(fā)投入相對(duì)較少可室溫下快速起動(dòng)投入運(yùn)行不使用腐蝕性電解液,安全可靠按負(fù)載要求,系統(tǒng)規(guī)模可大可小比功率高,特別適用于軍用或民用的可移動(dòng)電源及電動(dòng)車輛發(fā)電時(shí)無(wú)噪聲,而且紅外信號(hào)很弱,在軍事領(lǐng)域有著極其重要的用途(5)PEMFC,Protonexchangemem47目前在PEMFC研究中存在的主要技術(shù)關(guān)鍵:①Pt/C催化劑的制備

制備Pt高度分散的電催化劑是減少Pt用量和降低電池成本的重要途徑②電極、膜三合一制備工藝電極與膜采用熱壓合減小接觸電阻,電極內(nèi)全氟磺酸樹脂與膜熔合,提供Ｈ+通道,提高Pt利用率;③電極擴(kuò)散層的制備工藝④電池組內(nèi)平衡與熱平衡⑤氫的安全儲(chǔ)存、供給以及富氫燃料的轉(zhuǎn)化目前在PEMFC研究中存在的主要技術(shù)關(guān)鍵:483燃料電池的發(fā)展

（1）試驗(yàn)室研究階段1840～1952A1840年前后1839~1942WRGrove）發(fā)表了數(shù)篇關(guān)于氫氧氣體電池的論文,發(fā)明氫氧氣體電池3燃料電池的發(fā)展（1）試驗(yàn)室研究階段A1840年前后49Grove電池輸出電流很小,無(wú)實(shí)用價(jià)值,但對(duì)以后燃料電池的發(fā)展具有深刻影響●第一次提出用氫作為燃料電池直接燃料電極,至今氫仍然是燃料電池研制的主要課題。●第一次提出反應(yīng)氣體、電解液和導(dǎo)電電極催化劑三相反應(yīng)區(qū)的概念。至今,如何制取盡可能擴(kuò)展的、穩(wěn)定的三相反應(yīng)區(qū)的氣體擴(kuò)散電極,仍然是燃料電池研制的主要課題Grove電池輸出電流很小,無(wú)實(shí)用價(jià)值,但對(duì)以后50B

固體炭燃料電池的探索氫為燃料太貴，Grove之后許多學(xué)者對(duì)固體碳燃料電池進(jìn)行了多方面研究,但都未獲成功原因:①碳很難進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)②天然碳中含有灰分,不易清除且污染電解質(zhì)③固體物質(zhì)難于連續(xù)輸送最終放棄了以固體碳為直接燃料的努力,而以固體碳燃料經(jīng)過氣化而得到的氣體燃料為燃料電池的間接燃料。B固體炭燃料電池的探索51C培根電池—燃料電池的里程碑1952年,FTBacon研制出培根電池并獲得專利采用雙層孔徑燒結(jié)鎳電極,27％～37％的KOH水溶液電解質(zhì),純氫和純氧為燃料和氧化劑,副產(chǎn)物是純水工作溫度200～250℃,氣壓2.7～5.4MPa，電流1A/cm2,電壓0.8V培根電池專利轉(zhuǎn)讓給美國(guó)普拉特—惠特尼飛機(jī)公司,并改進(jìn)成阿波羅登月飛船電源。當(dāng)時(shí),這是唯一能滿足要求的電池,假如沒有這種高性能電池,登月計(jì)劃是難于實(shí)現(xiàn)的。C培根電池—燃料電池的里程碑52(2)實(shí)用性開發(fā)階段◆航天用燃料電池的開發(fā)A質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）1965年美國(guó)GE公司首先開發(fā)成功,應(yīng)用于Gemini號(hào)宇宙飛船。采用聚苯乙烯磺酸膜,不耐氧化,壽命只有500h。1983年加拿大國(guó)防部資助BallardPowerCo.又進(jìn)行了PEMFC的研究。在加拿大、美國(guó)等國(guó)科學(xué)家的共同努力下，PEMFC取得了突破性進(jìn)展，電池壽命可達(dá)5000h。由于堿性燃料電池在航天應(yīng)用中已定型,所以經(jīng)改進(jìn),性能優(yōu)異的質(zhì)子膜燃料電池在航天領(lǐng)域的應(yīng)用有向再生式燃料電池發(fā)展的趨勢(shì)(2)實(shí)用性開發(fā)階段53B堿性電解質(zhì)燃料電池（AFC）●阿波羅宇宙飛船用改進(jìn)的培根電池（PC3A-2型）性能:工作電壓27-31V,輸出功率563-1420W,工作壽命＞400h，最大輸出功率2295W阿波羅號(hào)載人飛船從1968年10月11～22日的阿波羅7號(hào)到1992年12月7～19日阿波羅17號(hào),共計(jì)11次飛行,所用電池都是PC3A-2型改進(jìn)的培根型氫氧燃料電池.該電池后來也用在太空實(shí)驗(yàn)室作為電源B堿性電解質(zhì)燃料電池（AFC）54●石棉膜堿性H２-O２燃料電池PC17-C型PC17-C型電池組工作溫度83℃,工作壓力0.41MPa,平均輸出功率7kW,峰值功率12kW,電壓27.5~32.5Ｖ。壽命2500h，可供多次飛行,直到累積飛行時(shí)間達(dá)2000H為止1981.4哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)首次飛行,1983.4挑戰(zhàn)者號(hào)第一次飛行,1991.11阿德蘭契斯號(hào)航天飛機(jī),都用石棉膜堿性燃料電池為搭載電源,前后共50余次飛行,累積飛行時(shí)間超過27000h●石棉膜堿性H２-O２燃料電池PC17-C型55◆

燃料電池電站的開發(fā)1894年,Ostward“電化學(xué)燃燒”夢(mèng)想●

PAFC電站的開發(fā)1967～1976年間,美國(guó)普拉特—惠特尼航空公司與美國(guó)32家煤氣和電力公司聯(lián)合組成一個(gè)大財(cái)團(tuán)—TeamtoAdvancedResearchforGasEnergyTransformation（TARGET）。開發(fā)供家庭及小工商用戶使用的以天燃?xì)鉃槿剂系腜AFC供電裝置。開發(fā)出65臺(tái)PC11A-2型,12.5kW的發(fā)電裝置,在美、加、日等國(guó)35個(gè)地方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),都運(yùn)行了3個(gè)月以上,取得寶貴數(shù)據(jù)?！羧剂想姵仉娬镜拈_發(fā)561971年美國(guó)DOE委托UTC聯(lián)合9個(gè)電力公司研究PAFC在電力工業(yè)上的應(yīng)用,目標(biāo)為開發(fā)公用事業(yè)的PAFC稱為FCG-1計(jì)劃（FuelcellGenerator-1）1971年～1978年經(jīng)過1ＭＷ試運(yùn)行后,建造兩臺(tái)4.5ＭＷ（一臺(tái)在紐約,一臺(tái)在東京）PAFC電站。東京一臺(tái)于1984～1985試運(yùn)行一年,累計(jì)發(fā)電5000MWh,效率37%1984年日本東芝公司與美國(guó)UTC組成國(guó)際燃料電池公司（IFC）。IFC與EPRI、DOE合作開發(fā)了11MWPAFC（PC-23）。1991年4月在日本東京開始試運(yùn)行,現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電,為東京灣4000戶家庭供電

1971年美國(guó)DOE委托UTC聯(lián)合9個(gè)電力公司研究PAFC在57應(yīng)用電化學(xué)-第三章課件58●MCFC電站的開發(fā)MCFC電站,工作溫度650℃,具有余熱利用價(jià)值高,無(wú)需貴金屬催化劑,可用脫硫煤氣為燃料,為第二代燃料電池電站美國(guó)ERC公司早在70年代就進(jìn)行MCFC研究,80年代以后轉(zhuǎn)為重點(diǎn)開發(fā),開發(fā)的2MW天然氣內(nèi)重整MCFC1994年底試運(yùn)行,1997年3月因電壓不正常而停機(jī)MCFC電站的開發(fā)目標(biāo)是與煤制氣技術(shù)結(jié)合,建設(shè)大型電站。●MCFC電站的開發(fā)59●SOFC電站的開發(fā)SOFC的工作溫度是800～1000℃,可提供優(yōu)質(zhì)余熱,可采用含CO及烴類燃料,無(wú)需貴金屬催化劑及特殊燃料予處理裝置,電池不含強(qiáng)酸強(qiáng)堿等腐蝕性介質(zhì),為第三代燃料電池電站美國(guó)1937年制成第一個(gè)SOFC,但由于技術(shù)復(fù)雜和材料的制約,SOFC發(fā)展緩慢。８０年代以后,美國(guó)西屋公司將電化學(xué)氣相沉積技術(shù)應(yīng)用于SOFC電解質(zhì)及電極薄膜的制備,使電池內(nèi)阻顯著下降,電池性能明顯提高目前西屋公司的圓管式25kW級(jí)SOFC發(fā)電裝置在日本東京和大阪各有一臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。1997年報(bào)導(dǎo)已運(yùn)行13000h,衰降小于0.1%/1000h,并經(jīng)受了11次啟動(dòng)循環(huán)。SOFC開發(fā)的最大動(dòng)力在于該種燃料電池若與燃?xì)廨啓C(jī)等其他發(fā)電方式結(jié)合運(yùn)行,有可能獲得比MCFC更高的發(fā)電效率?！馭OFC電站的開發(fā)60◆電動(dòng)汽車用燃料電池的開發(fā)

◆電動(dòng)汽車用燃料電池的開發(fā)61美國(guó)能源部提出2000年前完成質(zhì)子交換膜燃料電池為動(dòng)力的電動(dòng)車研制，2005年商業(yè)化美、加、德、日等國(guó)已有近二十家公司從事電動(dòng)車的研制和開發(fā)，采用Ballard公司的燃料電池從事電動(dòng)車開發(fā)的公司有11家1997年加拿大Ballard公司、德國(guó)奔馳公司和美國(guó)福特公司共同投資4.5億加元,成立燃料電池有限公司,開發(fā)燃料電池車用發(fā)動(dòng)機(jī)BPS公司電動(dòng)車用PEMFC有三代產(chǎn)品美國(guó)能源部提出2000年前完成質(zhì)子交換膜燃料電池為動(dòng)力的電動(dòng)62第一代MKS電源:平均單體電壓0.57V,輸出功率5kW,功率密度150W/L加拿大1993年展示第一輛PEMFC公共汽車,

用高壓氫為燃料,載客20人,行駛160km，起動(dòng)時(shí)間20s,時(shí)速48km,峰值時(shí)速72km，PEMFC電池組占汽車總體積25%第二代MKS12電源: