燃料电池专业知识 第一章 燃料电池原理和构成 什么是燃料电池 定义： 燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接 转化为电能的发电装置。 燃料 氧化剂 电能 其他？ Hydrogen Oxygen Fuel Cell Heat Electric power Water PEMFC 原理 PEM fuel cell H2 Carbon black Load e- Platinum Catalyst Air Anode H+ Cathode Bipolar Gas Diffusion Layer plate Membrane Electrode Assembly NIST Gas Diffusion Bipolar Layer plate Anode Reaction Cathode Reaction 2H2  4H+ + 4e- O2 + 4H+ + 4e-  2H2O 构成 NREL 质子交换膜PEM(proton exchange membrane)  作用：电解质，传导质子，隔离反应气体  要求：稳定不降解，高效传导质子，不传电子，气体渗透系数低，溶胀系数小， 强度高  材料： Nafion Dow膜，复合膜，BaM3G膜； 催化层CL (Catalyst layer)  作用：燃料电池反应关键，催化剂以及催化剂载体形成的薄层；  要求：导电性好，载体耐蚀，催化活性大；  材料：Pt/C  载体材料C：纳米颗粒碳，碳纳米管，碳须  最先进的技术是3M的催化剂“小麦”种植技术;  催化剂最先进的是“壳核”结构 气体扩散层GDL (gas diffusion layer)  作用：传质，导电，传热，支持催化层，导水  要求：高孔隙率，接触电阻小，内阻小，导热好，稳定性高不降解，强度高  材料：石墨化碳纸或碳布 流场板FP （Flow Plate）  对于水冷流场，又称为双极板Bipolar-plate  作用：气体分配，集流，导热，密封  要求：重量小，高电导，高热导，耐腐蚀，耐压，低成本  材料：石墨，合金 第二章 燃料电池特性和参量 FC特性   表征参量  平均单节电压  电流密度  操作温度  反应气体压力 运行的需求：  阴极氧气；  阳极氢气  膜中含水 FC失效特性   饥饿  在反应腔内缺少气体  水淹  过大电流 串漏  双极板串漏  MEA串漏 FC参量  动力学极化    由催化剂决定，是无法避免的电化学特性（电化学平衡） 欧姆极化  线性损失由：电子传导和质子传导阻力导致；  即接触电阻、电阻和PEM质子传输速度； 传质极化  气体向催化剂表面扩散的速度决定；同时受排水速度影 响 FC参量—外界条件影响（温度） FC参量—外界条件影响（湿度） FC参量—外界条件影响（气体成分） FC参量—外界条件影响（气体成分） FC参量—外界条件影响（气体成分）