1、9.1概述概述燃料电池能量效率燃料电池低噪声图图9-3 燃料电池发电系统组成燃料电池发电系统组成燃料预处理单燃料预处理单元元燃料电池单元燃料电池单元直交流变换单元直交流变换单元热量管理和控制单元热量管理和控制单元天然气天然气甲甲 醇醇重重 油油蒸馏油蒸馏油生物质生物质富氢富氢气体气体直流直流交流交流余余 热热空气或纯氧空气或纯氧Computer, Communication, Consumer Electronic Product （计算机类、通讯类、消费类电子产品）（计算机类、通讯类、消费类电子产品）210222lnOHOHPPanFRTEEnFSTEP 压力系数压力系数TpElg 一、一、
2、 燃料电池电动势燃料电池电动势HSTT 1CVTEVVmCii电池理论效率：电池理论效率：电流效率（法拉第效率）电流效率（法拉第效率）电压效率电压效率一、一、 燃料电池极化行为燃料电池极化行为其具体的反应机理可能有如下几种方式：其具体的反应机理可能有如下几种方式：在酸性溶液中：在酸性溶液中： 途径一途径一 途径二途径二在碱性溶液中在碱性溶液中： 途径一途径一 途径二途径二碳载碳载Pt-Ru二元催化剂目前是直接甲醇燃料电池最成功的催化剂。二元催化剂目前是直接甲醇燃料电池最成功的催化剂。其他一些添加金属如其他一些添加金属如Sn、Os、W、Mo等也具有一定的催化活性。等也具有一定的催化活性。 二电子
3、反应途径：二电子反应途径：一类是氧分子首先得到两个电子还原为一类是氧分子首先得到两个电子还原为H2O2， 然后再进一步还原为水，常被称为然后再进一步还原为水，常被称为“过氧化氢中间过氧化氢中间产物机理产物机理”。四电子反应途径：四电子反应途径：氧分子连续得到氧分子连续得到4个电子而直接还原为个电子而直接还原为水（酸性电解质）或水（酸性电解质）或OH-（碱性电解质），常被称为（碱性电解质），常被称为“直接还原机理直接还原机理”。图图2-8 铂电极从铂电极从4mol/LH2SO4溶液中溶液中提出对氢氧化电流的影响提出对氢氧化电流的影响图图2-9 电极上的薄膜电极上的薄膜0nFDcjd气体扩散电极的
4、基本特点气体扩散电极的基本特点:极限电流密度比全浸没式电极大为增加极限电流密度比全浸没式电极大为增加高效气体电极高效气体电极大量薄液膜大量薄液膜:气体容易到达气体容易到达且与本体溶液连通较好且与本体溶液连通较好图图2-10 双层电极示意图双层电极示意图 图图2-11 微孔隔膜电极微孔隔膜电极图图 2-12 疏水电极示意图疏水电极示意图3.气体扩散电极中电流分布气体扩散电极中电流分布思考：思考： 高效气体电极特点？气体扩散电极分为几种？高效气体电极特点？气体扩散电极分为几种？其理论基础？其理论基础？图图9-9碱性燃料电池憎水电极碱性燃料电池憎水电极OHCOOHCO22322CO2的影响：的影响：
5、图图9-10磷酸燃料电池结构和工作原理磷酸燃料电池结构和工作原理电流电流氢气氢气水水氧气氧气阳极阳极阴极阴极磷酸磷酸负载负载H 9.5 PEMFC(-) H2(或含有CO2的重整气)|全氟磺酸固 体聚合物电解质|O2(或空气)(+) The figure illustrates a typical performance curve for a stack in a nominal 250-Wattsystem. This stack, shown in the figure has an active area of 77 cm2 per cell centimeter. Hydrogen
6、is the fuel and the air is at atmospheric pressure.This unit was assembled to fit within the dimensions of military Battery BA-5590 (see Sec. 6.4.2). The fuel cell is rated at approximately 20 Watts continuous and 40 Watts peak. The canister delivers hydrogen for about 110 Watt-hours of operation at a specific energy of about 160 Wh/ kg. The specific energy of the overall system is about 75 Wh/ kg.On a volume basis, the energy density of the fuel cell system is 110 Wh/L.
