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质子互换膜氢燃料电池事情道理

TIME: 2020-01-25 新闻资讯

质子互换膜氢燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,英文简称PEMFC)是一种燃料电池,在道理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子互换膜构成,阳极为氢燃料产生氧化的场合,阴极为氧化剂还原的场合,南北极都含有加快电极电化学回响的催化剂,质子互换膜作为电解质。事情时相当于一直流电源,其阳极即电源负极,阴极为电源正极。

质子互换膜氢燃料电池事情道理

氢燃料电池两电极的回响别离为:

阳极(负极):2H2 – 4e = 4H+

阴极(正极):O2 + 4e + 4H+ = 2H2O留意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子互换膜只能传导质子,因此氢质子可直接穿过质子互换膜达到阴极,而电子只能通过外电路才气达到阴极。当电子通过外电路流向阴极时就发生了直流电。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,凡是在0.5~1V之间。将多个单电池层叠组合就能组成输出电压满意实际负载需要的燃料电池堆。

PEMFC的电极常被称为膜电极组件,它是指质子互换膜和其两侧各一片多孔气体扩散电极(涂有催化剂的多孔碳布)构成的阴、阳极和电解质的复合体。

电堆由多个单体电池以串联方法层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)瓜代叠合,各单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即组成质子互换膜燃料电池电堆,如附图所示。叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。电堆事情时,氢气和氧气别离由入口引入,经电堆气体主通道分派至各单电池的双极板,经双极板导流匀称分派至电极,通过电极支撑体与催化剂打仗举办电化学回响。

电堆的焦点是MEA组件和双极板。MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极别离置于经预处理惩罚的质子互换膜两侧,使催化剂接近质子互换膜,在必然温度和压力下模压制成。双极板常用石墨板质料建造,具有高密度、高强度,无穿孔性漏气,在高压强下无变形,导电、导热机能优良,与电极相容性好等特点。常用石墨双极板厚度约2~3.7mm,经铣床加工成具有必然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机能密切相关。

质子互换膜氢燃料电池利益

质子互换膜燃料电池具有如下利益:e其发电进程不涉及氢氧燃烧,因而不受卡诺轮回的限制,能量转换率高;发电时不发生污染,发电单位模块化,靠得住性高,组装和维修都很利便,事情时也没有噪音。所以,欧冠外围,质子互换膜燃料电池电源是一种洁净、高效的绿色环保电源。

质子互换膜燃料电池事情温度低、启动快、比功率高、布局简朴、操纵利便等被公认为电动汽车、牢靠发电站等的首选能源。在燃料电池内部,质子互换膜为质子的迁移和输送提供通道,使得质子颠末膜从阳极达到阴极,与外电路的电子转移组成回路,向外界提供电流,因此质子互换膜的机能对燃料电池的机能起着很是重要的浸染,它的优劣直接影响电的利用寿命。

质子互换类膜氢燃料电池存在下述缺点:

(1)建造坚苦、本钱高,全氟物质的合成和磺化都很是坚苦,并且在成膜进程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解,使得成膜坚苦,导致本钱较高;

(2)对温度和含水量要求高,Nafion系列膜的最佳事情温度为70~90℃,高出此温度会使其含水量急剧低落,导电性迅速下降,阻碍了通过适当提高事情温度来提高电极回响速度和降服催化剂中毒的困难;

(3)某些碳氢化合物,如甲醇等,渗透率较高,不适适用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子互换膜。

质子互换膜氢燃料电池的应用

质子互换膜氢燃料电池发电作为新一代发电技能,其辽阔的应用前景可与计较机技能相媲美。颠末多年的基本研究与应用开拓,质子互换膜氢燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质性希望,微型质子互换膜燃料电池便携电源和小型质子互换膜燃料电池移动电源已到达产物化水平,中、大功率质子互换膜燃料电池发电系统的研究也取得了必然成就。

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