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看完它你也懂燃料电池电堆是怎么回事了1

2018-09-18 02:00:23 作者: 0人读过 | 我要赞

看完它,你也懂燃料电池电堆是怎么回事了!

氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。

存在优势

无污染

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

无噪声

燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。

高效率

燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。

应用领域

20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的阿波罗飞船就工作示意图安装了这种体积小、容量大的装置

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。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

大型电站,无论是水电、火电或核电,都是把发出的电送往电,由电输送给用户。但由于各用电户的负荷不同,电有时呈现为高峰,有时则呈现为低谷,这就会导致停电或电压不稳。另外,传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上,燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,能量转换率可达60%~80%,而且污染少、噪音小,装置可大可小,非常灵活。

氢的化学特性活跃,它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后,形成一种金属氢化物,其中有些金属氢化物的氢含量很高,甚至高于液氢的密度,而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解,并把所吸收的氢释放出来,这就构成了一种良好的贮氢材料。

随着制氢技术的发展,氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时,氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户,每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来,然后连接氢燃料电池,再接通各种用电设备。它将为人们创造舒适的生活环境,减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源--氢燃料电池早日在人们日常生活中。

神秘的电堆长什么模样

电堆组成构件

电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。

单体电池是由将双极板与膜电极(MEA-催化剂、质子交换膜、碳纸/碳布)组成。

若干单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成燃料电池电堆。

1.双极板

双极板是由极板和流场组成。主要作用是气体分配、集流、导热和密封。

双极板是电、热的良导体,具有良好的机械性能,很好的阻气性能,耐腐蚀性好等特点,其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。

双极板材质主要是石墨或者合金。通常由石墨板材料制作,石墨双极板厚度约2~3.7mm,经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道,其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。

2.质子交换膜

质子交换膜作为电解质,起到传导质子,隔离反应气体的作用。

在燃料电池内部,质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道,使得质子经过膜从阳极到达阴极,与外电路的电子转移构成回路,向外界提供电流。

质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用,它的好坏也直接影响电池的使用寿命。

3.碳纸/碳布

气体扩散层GDL通常由碳纸或者碳布组成,主要起到传质,导电,传热,支持催化层,导水的作用。

4.催化剂

作为氢燃料电池反应关键,催化层是由催化剂和催化剂载体形成的薄层。催化剂主要采用Pt/C,Pt合金/C,载体材料主要是纳米颗粒碳、碳纳米管、碳须等。

对材料要求导电性好,载体耐蚀,催化活性大。

电堆是怎么制造的

电堆是怎么工作的

在原理上相当于水电解的“逆”装置。

阳极为氢燃料发生氧化的场所,阴极为氧化剂还原的场所,两极都含有加速电极电化学反应的催化剂,质子交换膜作为传递H+的介质,只允许H+通过。工作时相当于一直流电源,阳极即电源负极,阴极即电源正极。

电堆工作时,氢气和氧气分别由进口引入,经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板,经双极板导流均匀分配至电极,通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

阳极(负极):2H2→4H++ 4e-

阴极(正极):O2+ 4H++ 4e-→2H2O

由于质子交换膜只能传导质子,因此氢离子(即质子)可直接穿过质子交换膜到达阴极,而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。

以阳极为参考时,阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度,通常在0.5~1V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。

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