氢燃料电池与甲醇燃料电池.docx
氢燃料电池与甲醇燃料电池内燃机（ICEs）是将燃料（如汽油）中的化学能转化为机械能的主要方式，但由于燃料电池（FC）比内燃机拥有更多的优势，FC是有前途的替代品。例如，FC的化学机械效率（高达61%）,高于ICE的效率（高至45%）；如果通过再生制动回收一些能量，氢燃料电池的效率可能会更高。此外，FC没有移动部件，因此它们安静、无振动，并且不需要与移动部件相关的维护成本。一、燃料电池燃料电池（FUeICelI）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。1、工作原理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。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。2、燃料电池优势1能量转化效率高它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。燃料电池系统的燃料一电能转换效率在45%60%,而火力发电和核电的效率大约在30%40%。2使用条件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站,或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。3响应快，质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。二、氢燃料电池氢燃料电池，是一种通过化学反应来利用氢能的发电装置，工作过程中只生成水，实现了真正意义的零排放。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢燃料电池在工作过程中会释放大量的能量，其中约55%的能量为电化学反应热，约35%的能量为电化学反应不可逆热，约10%的能量为焦耳热，其余能量约为各设备的热损。1、工作原理在气压差的作用卜.，氨气由阳极流道通入，并经过催化层发生氧化反应失去电子，一个氢分了被转化为两个质广并生成两个电广，中间层质子交换膜只允许氢离子通过，而空气由阴极流道通入，在催化剂的作用下发生还原反应，与氢离广结合生成水并产生热量，生成的水和热在空气的推动卜排出电池内部，电子无法通过中间的质子交换膜，只能从外部电路到达阴极，这就是氢燃料电池发电过程。阳极：H,-2H+2e阴极：O2+4H+4e-,2H20总反应：H2+12O2-*2H2O三、甲醇燃料电池甲醇燃料电池（DMFC）是直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池。DMFC是质子交换膜燃料电池的一种，采用甲醇为燃料，贵金属Pt做催化剂，常温下即可启动运行。直接甲醇燃料电池的反应过程是直接使用甲醇进行反应无需进行任何重整，也不需要经过中间转化装置。1、工作原理DMFC由阳极、离子交换膜、阴极和电解质溶液共同构成，根据电解质溶液的差别，它们的工作原理也不一样。在酸性介质中，直接甲醇燃料电池的工作原理，运行时甲醇被源源不断地运送到阳极区进行反应，在阳极催化剂的帮助下甲醇与水反应生成二氧化碳（CO2）>氢质子（三）、电子（e.）。生成的C（从阳极室的出口排出，H通过质子交换膜到达阴极反应区和由外电路来的e-以及进入阴极室的氧气（。2）一起进行还原反应，最终生成氏0经由阴极室的出口排出。阳极：CHQH+40-C+6H+6c阴极：3/202+6H,+6e-*3H2O总反应：CHQH+3/202-*2H20+C02四、燃料电池存在的问题及建议燃料电池常见的催化剂中的的负载量大、成本高，柏催化剂易被含碳中间体毒化，会降低反应活性和稳定性，应提高铝利用率，开发非贵金属催化剂；Nafion膜价格昂贵且使用寿命有限，存在燃料交叉问题，需改性Nafion膜，提高工作温度、质子导电率；对反应温度较高的燃料电池，需研究新型阳极、阴极及电解质材料,，提高燃料电池燃烧效率及耐用性。
