燃料电池系统，什么是燃料电池

本文目录一览

1，什么是燃料电池
2，燃料电池系统的工作原理是什么
3，燃料电池的原理是什么
4，燃料电池系统为什么需要水和热的管理系统
5，燃料电池的应用领域
6，燃料电池汽车的特点
7，燃料电池的技术原理

1，什么是燃料电池

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。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。

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2，燃料电池系统的工作原理是什么

燃料电池的原理是氢和氧通过电解质发生电化学反应，产生电位差，产生低压DC输出。以下是燃料电池的原理和主要燃料的介绍:燃料电池的工作原理:作为反应物的原燃料，如天然气、石油、甲醇等。，氢气经“燃料提质装置”分离后进入电池体内，另一端空气体中的氧气也进入电池体内，分别供给电池的电极，氢气和氧气通过电解液发生电化学反应，产生电位差，从而形成低压DC输出。主要燃料:燃料电池主要由燃料、氧化剂、电极、电解质等组成。它使用的燃料范围很广，如天然气、石油、甲醇、液氨、肼、碳氢化合物、氢气等。这种电池可以根据需要设计不同的容量，主要看“单体电池”的数量。

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3，燃料电池的原理是什么

简单地说，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。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。　　燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：　　（1）能量转化效率高　他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。　　（2）有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低　ＣＯ2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。　　（3）燃料适用范围广　　（4）积木化强　规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适　　（。　　

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4，燃料电池系统为什么需要水和热的管理系统

亲您好，这个问题由我来为您解答。燃料电池分为五个子系统——氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统、燃料电池电堆和控制子系统。一、水热管理系统燃料电池的水热管理指通过控制流经电堆的冷却液流量进行燃料电池电堆的温度控制。本质上来讲，燃料电池的水管理和热管理是密不可分的，因为电堆内的水含量也与电堆温度有关，温度会改变饱和水蒸气压力，进而影响电堆内水蒸气的含量，所以通过热管理系统可以同时影响系统内的水平衡与热平衡。01水热管理系统的组成一个典型的燃料电池冷却液循环回路主要包含:①水泵、②节温器、③去离子器、④中冷器、⑤水暖PTC、⑥散热器及和⑦冷却管路。水热管理系统的意义水管理的核心任务是使膜电极（MEA）中具有合理的水含量，以保证氢离子能够良好的在膜中传导。如果质子膜内的水含量较少，便会导致质子传导受阻，造成欧姆极化过电位增大，极易引发膜干涸现象；但是电堆内的水又不能过多，否则又容易造成阴极淹没，导致反应气的传输受阻，增加了电堆的活化极化过电位与浓差极化过电位。热管理的核心任务是将燃料电池的工作温度控制在安全合理的范围。如果工作温度过低，电堆的活化极化损失会增强，导致电堆的性能变差；如果工作温度过高，又容易导致膜水干，使欧姆极化损失加大，导致电堆性能下降。二、水泵水泵相当于燃料电池水热管理的“心脏”，它通过控制管路中冷却液的流速进而控制散热强度。为了保证电堆产生的热量能够快速有效的散发出去，水泵需要具备大流量、高扬程、绝缘以及EMC（电磁兼容）表现好的特点。三、节温器节温器的作用是改变冷却液的流通路径，当电堆冷启动温度低时控制冷却液不流经散热器，确保电堆温度迅速达到工作温度（小循环），当电堆温度过高时控制冷却液流经散热器进而达到散热的作用（大循环）。燃料电池系统对节温器的要求是响应速度快、内部泄漏量低。四、去离子器去离子器应用在燃料电池发动机的冷却系统中，主要用于去除冷却液中的导电离子。在燃料电池运行中，双极板上会产生高电压，但同时要求此高电压不会通过双极板中间的冷却液传递到整个冷却循环流道，因此要求冷却液不能够导电。去离子器的活性物质是树脂，存放在避免高温，暴晒的普通环境下。树脂的有效期很长，通常都在三到五年甚至以上。五、中冷器中冷器的作用是冷却来自空压机的压缩空气，它通过冷却液和空气的热交换来降低压缩空气温度，使进入电堆的空气温度在合理的范围内，主要结构由芯体、主板、水室和气室组成。中冷器的特点是热交换量大，清洁度要求高及离子释放率低。六、水暖PTCPTC发热体又叫PTC加热器，采用PTC陶瓷发热元件与铝管组成。该类型PTC发热体有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器。七、散热器散热器的作用是将冷却液的热量传递给环境，降低冷却液的温度。散热器要求散热量较大，清洁度要求高、离子释放率低，散热风扇要求风量大、噪音低、无级调速并需要反馈相应的运行状态。非常希望能够帮助您，祝您用车愉快！

5，燃料电池的应用领域

燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。电动车领域成为燃料电池应用的主要方向，市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。另外，透过小型化的技术将燃料电池运用于一般消费型电子产品也是应用发展方向之一，在技术的进步下，未来小型化的燃料电池将可用以取代现有的锂电池或镍氢电池等高价值产品，作为用于笔记本电脑、无线电电话、录像机、照相机等携带型电子产品的电源。近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池（AFC）发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子交换膜燃料电池（PEMFC）已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池（PAFC）作为中型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）也已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池（SOFC）作为发电领域最有应用前景的燃料电池，是未来大规模清洁发电站的优选对象。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，而燃料电池就是比较理想的发电技术。燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等众多学科相关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。电力固定燃料电池被用于商业、工业及住宅和备用电源。热电联产热电联产（CHP）燃料电池系统，包括微型热电联产(Micro combined heat and power , MicroCHP）系统。燃料电池车(FCEVs)

6，燃料电池汽车的特点

与传统汽车相比，燃料电池汽车与传统的内燃机驱动汽车在构造及动力传输等方面的不同, 为汽车的整体设计提出了新的要求。传统内燃机汽车的发动机----变速器动力总成在燃料电池汽车中不复存在, 取而代之的是燃料电池反应堆、蓄电池、氢气罐、电动机、DC /DC 转化器等设备。而制动系统和悬架也相应变化。因此, 根据燃料电池汽车自身特点,在设计时, 应作相应的变化和改进。燃料电池汽车具有以下优点：1、零排放或近似零排放。2、减少了机油泄漏带来的水污染。3、降低了温室气体的排放。4、提高了燃油经济性。5、提高了发动机燃烧效率。6、运行平稳、无噪声。燃料电池汽车的特点表现在以下方面：与传统汽车相同, 电子控制在燃料电池汽车的发展中也将起着越来越重要的作用。汽车的各种操纵系统都会向着电子化和电动化的方向发展, 实现“线操控”, 即用导线代替机械传动机构,如“导线制动”、“导线转向”等; 现有的12V 动力电源已满足不了汽车上所有电气系统的需要, 42V汽车电气系统新标准的实施, 将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革, 机械式继电器、熔丝式保护电路也将随之淘汰。同时, 燃料电池的特性有其自身的特点:a.电压低, 电流大;b.输出电流会随温度的升高而升高, 输出电压会随输出电流的增大而下降;c.从开始输出电压、电流到逐渐进入稳定状态, 停留在过渡带范围内的动态反应时间较长。正是由于以上特点, 大多数电器和电机难以适应其电压特性, 所以必须和DC /DC 变换器和DC /AC 逆变器配合使用, 需要对燃料电池系统进行大量的功率调节以保证电压的稳定。( 1)当燃料电池的输出功率大于汽车的需要时, 多余的功率可对蓄电池进行充电, 在动力系统起动时蓄电池可以给辅助系统提供电源;( 2)当燃料电池的功率不能满足汽车加速、爬坡时, 蓄电池可提供附加功率, 配合燃料电池共同使用。所以, 车辆可采用42V 的辅助电源独立地为各种电子、电气设备提供电能。由于燃料电池汽车较之传统内燃机汽车在驱动方式上有着本质的区别, 所以在底盘布置、水热管理、电子控制等诸多方面的设计也有着很大的不同。

7，燃料电池的技术原理

燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。电极应为：负极：H2 +2OH-→2H2O +2e-正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-电池反应：H2+1/2O2==H2O另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中通过。在实用的燃料电池中因工作的电解质不同，经过电解质与反应相关的离子种类也不同。PAFC和PEMFC反应中与氢离子（H+）相关，发生的反应为：燃料极：H2==2H++2e-（1）空气极：2H++1/2O2+2e-==H2O（2）全体：H2+1/2O2==H2O（3）氢氧燃料电池组成和反应循环图在燃料极中，供给的燃料气体中的H2分解成H+和e-，H+移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式中的反应式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外没有其他的反应，H2所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能的比例。引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。PAFC的电解质为浓磷酸水溶液，而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均采用碳的多孔体，为了促进反应，以Pt作为触媒，燃料气体中的CO将造成中毒，降低电极性能。为此，在PAFC和PEMFC应用中必须限制燃料气体中含有的CO量，特别是对于低温工作的PEMFC更应严格地加以限制。磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。相对PAFC和PEMFC，高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒，以CO为主要成份的煤气化气体可以直接作为燃料应用，而且还具有易于利用其高质量排气构成联合循环发电等特点。MCFC主构成部件。含有电极反应相关的电解质（通常是为Li与K混合的碳酸盐）和上下与其相接的2块电极板（燃料极与空气极），以及两电极各自外侧流通燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等，电解质在MCFC约600~700℃的工作温度下呈现熔融状态的液体，形成了离子导电体。电极为镍系的多孔质体，气室的形成采用抗蚀金属。MCFC工作原理。空气极的O2（空气）和CO2与电相结合，生成CO32-（碳酸离子），电解质将CO32-移到燃料极侧，与作为燃料供给的H+相结合，放出e-，同时生成H2O和CO2。化学反应式如下：燃料极：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4）空气极：CO2+1/2O2+2e-==CO32-（5）全体：H2+1/2O2==H2O（6）在这一反应中，e-同在PAFC中的情况一样，它从燃料极被放出，通过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。另外，MCFC的最大特点是，必须要有有助于反应的CO32-离子，因此，供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。而在燃料是煤气的情况下，其主成份CO和H2O反应生成H2，因此，可以等价地将CO作为燃料来利用。为了获得更大的出力，隔板通常采用Ni和不锈钢来制作。SOFC是以陶瓷材料为主构成的，电解质通常采用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3（氧化钇）作为稳定化的YSZ（稳定化氧化锆）而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板采用LaCrO3(氧化镧铬)。为了避免因电池的形状不同，电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等，开发了在较低温度下工作的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池一样的平板型外，还有开发出了为避免应力集中的圆筒型。SOFC的反应式如下：燃料极：H2+O2-==H2O+2e-（7）空气极：1/2O2+2e-==O2-（8）全体：H2+1/2O2==H2O（9）燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反应生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。全体同其他燃料电池一样由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其属于高温工作型，因此，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。

有的，就是温差发电，seebeck效应。但是用于发电技术现在不成熟，现在只用来进行温度测量，就是热电偶。关于温差发电 1821年，德国人seebeck发现，在两种不同金属（锑与铜）构成的回路中，如果两个接头处存在温度差，其周围就会出现磁场，又通过进一步实验发现回路中存在电动势。这一效应的发现，为测温热电偶、温差发电和温差电传感器的制作奠定了基础。热电转换材料直接将热能转化为电能，是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，因而在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点，在军用电池、远程空间探测器、远距离通讯与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可替代”的地位。在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下，温差电技术更成为引人注目的研究方向。温差发电的工作原理：将两种不同类型的热电转换材料n和p的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对p型和n型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机。