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看完它,你(nǐ)也懂燃(rán)料(liào)電池電堆是怎麽回事了!

來源: 更新:2018-04-25 00:00:00 作者: 瀏覽:3088次
 氫燃料電池

 

氫燃料(liào)電池是使用氫這種(zhǒng)化學元素,製造成(chéng)儲(chǔ)存能量的電池。

 

 

存在優勢

 

無汙染


燃料電池對環(huán)境無汙染。它是通過電化學反應,而不(bú)是采用燃燒(汽、柴油)或(huò)儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統後備電源方案。


燃燒會釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等汙染物。如上所述,燃料電池隻會產生水和熱。


如果氫是通過可再生能源(yuán)產生的(光伏(fú)電(diàn)池板、風能發電等(děng)),整個循環就是徹底的不產生有害物質排放的過程。


無噪聲


燃料電池運行安靜,噪聲大約隻有55dB,相當於人們正常交談(tán)的水平。這使得燃料電池適合於室內(nèi)安裝,或是在室外對噪聲有限製(zhì)的地方(fāng)。


高效率


燃料電池的發電效率可以達到50%以(yǐ)上,這是由燃(rán)料(liào)電池的轉換性質決定的,直接將化學能(néng)轉換為電能,不需要經過熱能和機械能(néng)(發電機)的中間變換。

 

 

應用(yòng)領域

 

20世紀60年代,氫燃料電池就已經成功地應用於航天領域。往返於太空和地球之(zhī)間的"阿波(bō)羅"飛船就工作示意圖安裝了這(zhè)種體積小、容量大的裝置。


進(jìn)入70年代以(yǐ)後,隨著人們不斷地掌握多種先進的製氫技術,很快(kuài),氫燃料電池就被運用於發電和(hé)汽車。


大型電站(zhàn),無論是水電、火電或核電,都是把發出的電送往電網,由(yóu)電網輸(shū)送給(gěi)用戶。


但由(yóu)於各用電(diàn)戶的負荷不同,電(diàn)網有時呈現為高峰,有(yǒu)時則(zé)呈現為低穀(gǔ),這就會導致停電或電壓不穩。


另外,傳統的火力發電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上,燃燒時(shí)還會(huì)消耗(hào)大量的能源和(hé)排放大量的(de)有害物質。


而使用氫燃料電池發電,是將燃料的化學能直接(jiē)轉換為電能,不需要進行燃燒,能量(liàng)轉換率可達60%~80%,而且汙染少、噪音小,裝置(zhì)可大可(kě)小,非常靈活。


氫的化學特性活(huó)躍,它可同許多金屬或合金化(huà)合。


某些金屬或(huò)合金吸收氫之後,形成一種金屬氫化物,其中有些金屬氫化物(wù)的氫(qīng)含量很高,甚至高於液氫的密度,而且該金屬氫化物(wù)在一定溫度(dù)條件下會分解,並把所吸收的氫釋(shì)放出來,這就構成(chéng)了一種良好的貯氫材料(liào)。


隨著製氫技術的發展,氫燃(rán)料電池離我們的生(shēng)活越來越近。到那時(shí),氫氣將(jiāng)像煤氣一樣通過(guò)管道被送入千(qiān)家萬戶,每個(gè)用戶則采用金屬(shǔ)氫化(huà)物的貯罐(guàn)將氫氣貯存起來,然後連接氫燃料電池,再接通各種用電設備。


它將為人們(men)創造舒適的生活環境,減輕繁重的生活事務。但願這種清潔方便的新型能源--氫燃料電池早(zǎo)日在人們日常(cháng)生活(huó)中。

 

 

神秘的電堆長什麽模樣

 


 

電堆組成構件

 

電堆由多個單體電池以串聯方式層疊(dié)組合而成。


單體電池是(shì)由將雙極板與膜電極(MEA-催化劑、質子交換膜(mó)、碳紙/碳布)組成。


若(ruò)幹單體之間嵌(qiàn)入密封件,經前、後端板壓緊後用螺杆緊固拴牢,即構成燃料電池電堆。

 

1.雙極板


雙極板是由極板和流場組成。主要作用是氣體分配、集流、導熱和密封。


雙極板是電、熱的(de)良導體,具有良好的機械性能,很好的阻氣性能,耐腐蝕性好等特點(diǎn),其性能決(jué)定了燃料(liào)電池堆體積比功率和質量比功率。


雙極板(bǎn)材質主要是石墨或者合金。通(tōng)常由石墨板材料製作,石墨(mò)雙極板厚度約2~3.7mm,經銑床加工成具(jù)有一(yī)定形狀的導流(liú)流體槽及流體通道,其流道設計和加工工藝與(yǔ)電池性能密切相關。


 

2.質子交換膜


質子交換膜(mó)作為電解質,起到傳導質子,隔離反應氣體的作用。


在燃料(liào)電池內部,質子交換膜為質(zhì)子的遷移(yí)和輸送提供通道,使(shǐ)得質子經過膜從陽極到(dào)達陰極,與外電路的電子轉移構成(chéng)回路(lù),向外界提供電流。


質子交換膜的(de)性能對燃料電池的性能起(qǐ)著非常重要的作用(yòng),它的好壞也直接影響電池的使用壽命。


 

3.碳紙/碳布


氣體擴散層GDL通常由碳紙或(huò)者碳布組成,主要起到傳(chuán)質,導電,傳熱,支持催化層,導(dǎo)水的作用。


 

4.催化劑


作為氫燃料電池反應關鍵,催化層是由催化劑和催化劑載體形成的薄層。催化劑主要采用Pt/C,Pt合金/C,載體材料主要是納(nà)米顆粒碳、碳納米管(guǎn)、碳須等。


對材料要(yào)求導電性好,載體耐蝕,催化活性大。


 

 

電堆是怎麽(me)製造的?

 


 

 

電堆是(shì)怎麽工作的?

 


在原理上相當於水電解的“逆”裝置。


陽極(jí)為氫燃料發生氧化的場所,陰極為氧化劑還原的(de)場所,兩極都含有加速電極(jí)電(diàn)化學反應的催化劑,質子交換膜作為傳遞H+的介質,隻允許H+通過。工作時相當(dāng)於一直(zhí)流電源,陽極即電源負極,陰極即電源正極。


電堆工作時,氫(qīng)氣和氧氣(qì)分別由進口引入,經電堆氣體主(zhǔ)通道分配至各單(dān)電池的雙極板,經雙極(jí)板導流均勻分配至(zhì)電極,通過(guò)電極支撐(chēng)體與催化劑接觸進行電化學反應。


陽極(負極): 2H2  →4H+ + 4e-

陰極(正極): O2 + 4H+ + 4e-   →2H2O



由於(yú)質子交換膜隻能傳導質子,因此氫離(lí)子(即質子)可直接(jiē)穿過質子交換膜到達陰極,而電子(zǐ)隻能通過外電路才能到達陰極(jí)。當電子通過外電路流向陰極時就(jiù)產生了直流電。


以陽極為參考時,陰極電位為1.23V。也即每一單電池的發電電(diàn)壓理論上限為1.23V。接有(yǒu)負載時(shí)輸出電壓取決於輸出電流密度,通常(cháng)在0.5~1V 之間。將多個單電(diàn)池層疊組(zǔ)合就能構成輸出電壓(yā)滿足實際負載需要的燃料電(diàn)池堆(簡稱電堆)。

 

 

來源:奧冠電池

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