第四章燃料電池電動(dòng)車(編輯修改稿)
2025-07-13 17:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 叫質(zhì)子，因而有聚合物質(zhì)子交換膜（PEM）這個(gè)名稱。氫燃料流入靠陽(yáng)極側(cè)的雙極板流道內(nèi)，氧則流入靠陰極側(cè)的流場(chǎng)板（雙極板）流道內(nèi)。◇氫和氧反應(yīng)如何產(chǎn)生電流？電子從那里來(lái)？在陽(yáng)極，氫分子首先會(huì)與電極表面的催化劑鉑接觸，氫分子被分裂并鍵合在鉑表面，形成弱的H－Pt鍵。氫分子分裂后，氧化反應(yīng)就發(fā)生，每一個(gè)氫原子釋放其電子，此電子沿外電路運(yùn)動(dòng)，到達(dá)陰極（這種電子的流動(dòng)，既所謂的電流）。而剩下的氫質(zhì)子黏附在膜表面的水分子上，形成水合氫離子hydronium ion（H ＋） 這些水合氫離子離開鉑催化劑穿越膜材料到達(dá)陰3O＋）。，極，鉑催化劑又獲得自由，可以接待下一撥氫分子。在陰極，進(jìn)入燃料電池的氧分子也是首先與電極表面的催化劑鉑接觸，氧分子分被分裂并鍵合在鉑表面，形成弱的O－Pt鍵，使得還原反應(yīng)能夠發(fā)生。然后每一個(gè)氧原子離開鉑催化劑，與來(lái)自外電路的兩個(gè)電子和從膜穿過(guò)來(lái)的兩個(gè)質(zhì)子化合成一個(gè)水分子。至此氧化還原反應(yīng)就被完成。陰極上的催化劑再一次獲得自由，等待下一撥氧分子的到來(lái)?！髿浜脱踉谌剂想姵乩?，同時(shí)發(fā)生兩個(gè)“半反應(yīng)”，一個(gè)是在陽(yáng)極發(fā)生的氧化反應(yīng)（失去電子），另一個(gè)是在陰極發(fā)生的還原反應(yīng)（得到電子），這兩個(gè)反應(yīng)構(gòu)成了一個(gè)總的氧化－還原反應(yīng)（氧化還原作用），反應(yīng)生成物為水。?? 關(guān)鍵部件◇質(zhì)子交換膜PEM (Proton Exchange Membrane)使用的材料Nafion是由疏水材料聚四氟乙烯鏈(商品名Teflon)形成膜的骨架，及附在Teflon端部、具有磺酸(HSO3)基團(tuán)的側(cè)鏈組成。環(huán)繞在磺酸側(cè)鏈周圍的含水區(qū)成為電解質(zhì)。?? 關(guān)鍵部件◇膜電極組件MEA (Membrane Electrode Assembly)膜電極組件通常由電極(又叫氣體擴(kuò)散層)、催化劑層和質(zhì)子交換膜層等組成。粒子上，催化劑一般為鉑。?? 關(guān)鍵部件◇雙極板用于實(shí)現(xiàn)燃料電池內(nèi)部連接。同一塊雙極板的兩個(gè)側(cè)面，分別與相鄰燃料電池的陰極和陽(yáng)極接觸，同時(shí)雙極板還起到把氫送到陽(yáng)極，和把氧或空氣送到陰極的作用。?? 水管理◇質(zhì)子交換膜中的電解質(zhì)必須含有足夠的水，才能保證有良好的離子傳導(dǎo)性，但水也不能太多，否則它會(huì)涌入并堵塞電極或氣體擴(kuò)散層中的孔通道?！笕剂想姵刂兴膩?lái)源(1)氫氧反應(yīng)產(chǎn)生的水(2)對(duì)反應(yīng)氣體加濕帶進(jìn)來(lái)的水?? 性能工作溫度 功率密度 預(yù)期壽命 預(yù)期成本(℃) (W/cm2) (103h) (US$/kW)50~100 ~ 40 200?? 優(yōu)點(diǎn)◇在所有燃料電池中，PEMFC功率密度最高。對(duì)FCEV而言，功率密度越高，則所使用的燃料電池的體積就越小。◇工作溫度低，啟動(dòng)迅速適用于車輛使用?！蟛捎霉虘B(tài)電解液，不會(huì)出現(xiàn)電解液的變形、移動(dòng)和蒸發(fā)?！箅姵刂形ㄒ坏囊后w為水，本質(zhì)上可避免腐蝕?！髮?duì)進(jìn)入電池反應(yīng)的空氣中的二氧化碳不敏感。?? 缺點(diǎn)◇使用貴金屬鉑作電極反應(yīng)催化劑，成本高。◇燃料氫氣存儲(chǔ)和運(yùn)輸困難。?? 影響車用PEMFC壽命的主要原因(1)工況循環(huán)：壓力、溫度、濕度波動(dòng)；電極局部供氣不足導(dǎo)致?lián)w氧化與反極。(2)環(huán)境適應(yīng)性：氫氣、空氣中雜子與零度以下儲(chǔ)存與啟動(dòng)引起的電池衰減。目前車用電堆壽命國(guó)際公布~2200小時(shí)（加壓純?nèi)剂想姵剀嚕笥诹愣葍?chǔ)存與啟動(dòng)）。損壞主要發(fā)生在空氣進(jìn)出口，膜上有針孔。國(guó)內(nèi)未進(jìn)行嚴(yán)格、長(zhǎng)時(shí)間壽命考核，預(yù)計(jì)小于1000小時(shí)。MEA失效原因有膜串氣、電極親水、催化劑活性與膜電導(dǎo)降低。?? 基本結(jié)構(gòu)◇催化劑：陽(yáng)極和陰極都使用鉑Pt或鉑合金作催化劑。◇電解液：酸性硫酸基三氟甲烷或質(zhì)子交換膜。?? 工作原理◇陽(yáng)極反應(yīng)：CH3OH+H2O → CO2+6H＋+6e－◇陰極反應(yīng)：O2+4H＋+4e－ → 2H2O◇總反應(yīng)：2CH3OH+3O2 → 2CO2+4H2O?? 性能工作溫度 功率密度 預(yù)期壽命 預(yù)期成本(℃) (W/cm2) (103h) (US$/kW)50~100 ~ 10 200?? 優(yōu)點(diǎn)◇甲醇CH3OH是最簡(jiǎn)單的液體有機(jī)燃料，來(lái)源豐富，可從煤和天然氣中提取得到，并且生產(chǎn)成本低。◇甲醇是液體燃料，易于存儲(chǔ)、運(yùn)輸和銷售，便于電動(dòng)汽車使用。?? 缺點(diǎn)◇技術(shù)相對(duì)不成熟?！笥糜陔妱?dòng)汽車時(shí)，需要提高功率密度和降低成本。?? 使用甲醇燃料的PEMFC◇組成 水箱 PEMFC 空氣甲醇容器 蒸發(fā)器 重整器 凈化器◇工作原理甲醇與水混合和蒸發(fā)后，通過(guò)車載重整器轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳?xì)怏w。重整反應(yīng)：CH3OH+H2O → 3H2+CO2。?? 使用甲醇燃料的PEMFC◇ 關(guān)鍵技術(shù)：甲醇重整制氫技術(shù)蒸汽重整法、局部氧化重整法、廢氣重整法.. 使用甲醇燃料的PEMFC◇ ◇優(yōu)點(diǎn)◇ 保持甲醇液體燃料的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了DMFC的◇ 缺點(diǎn)，使用甲醇燃料的PEMFC系統(tǒng)在電動(dòng)汽車上◇ 的使用將極具吸引力?！?DaimlerBenz和Ballard動(dòng)力系統(tǒng)公司已開發(fā)出使◇ 用甲醇燃料的PEMFC—NECAR3，使用38L甲醇◇ 燃料可行駛400km。 酸性燃料電池?? 基本結(jié)構(gòu)◇催化劑：昂貴的金屬催化劑◇電解液：酸性物質(zhì)，如硫酸、氫氟酸和
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1