《燃料电池与制氢》课件

燃料电池与制氢燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置制氢则是指从各种原料中提取氢气，作为燃料电池的燃料什么是燃料电池？能量转换核心元件燃料电池是一种将化学能直接转化为电燃料电池的核心元件是电解质和电极能的装置电解质允许离子在电极之间移动，而电通过化学反应，燃料电池将燃料中的化极提供化学反应发生的表面学能转化为电能，并产生热量作为副产品燃料电池的工作原理化学反应1燃料与氧化剂发生化学反应，生成电子和离子电解质2离子通过电解质，从负极流向正极电流产生3电子在外部电路中流动，产生电流燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，它通过电化学反应将燃料中的化学能转化为电能燃料电池的种类质子交换膜燃料电池固体氧化物燃料电池PEMFC SOFC使用聚合物膜作为电解质，工作使用陶瓷材料作为电解质，工作温度较低，效率高，但对燃料纯温度较高，效率高，但启动时间度要求较高较长熔融碳酸盐燃料电池磷酸燃料电池PAFCMCFC使用磷酸作为电解质，工作温度使用熔融碳酸盐作为电解质，工中等，寿命长，但效率较低作温度较高，对燃料适应性强，但腐蚀性较高质子交换膜燃料电池核心组件应用场景工作原理质子交换膜燃料电池由阳极、阴极、电解广泛应用于汽车、发电和便携式电子设备通过氢气和氧气的化学反应生成水并释放质膜和双极板等组成等领域，并拥有极大的发展潜力电能，高效环保固体氧化物燃料电池工作原理固体氧化物燃料电池利用固体氧化物作为电解质在高温下，氧离子穿过固体电解质，与燃料发生反应产生电力高温运行固体氧化物燃料电池通常在600-1000摄氏度下运行高温可以提高反应速率和效率，但也带来材料和安全方面的挑战应用领域固体氧化物燃料电池在大型电力系统、工业热电联产和分布式发电等领域具有应用潜力碱性燃料电池工作原理优势

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22.碱性燃料电池使用氢气和氧气碱性燃料电池具有高能量转换作为燃料，并利用氢氧化钾溶效率、高功率密度和较低的运液作为电解质行温度等优点应用领域挑战

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44.主要应用于航天器、潜艇等对碱性燃料电池对腐蚀敏感，需体积和重量要求严格的领域要使用特殊的材料和工艺来制造直接甲醇燃料电池直接甲醇燃料电池应用场景优点DMFC DMFC直接甲醇燃料电池DMFC是一种将甲醇DMFC可用于各种应用，包括笔记本电脑DMFC的优点包括高能量密度、结构简单直接氧化为电能的燃料电池DMFC具有、手机、无人机等便携式设备，以及燃料、易于存储和运输甲醇燃料、工作温度低高能量密度、结构简单、便于携带等优点电池汽车、混合动力汽车等交通工具等，适合应用于便携式电子设备、燃料电池汽车等领域固体高分子燃料电池特点PEMFC具有高效率、低排放和启动速度快等优点，适用于各种应用场景，例如电动汽车、便携式电源和分布式发电工作原理燃料电池的优点清洁能源高效率能量储存应用广泛燃料电池通过化学反应产生电燃料电池的能量转换效率较高燃料电池可以储存能量，提供燃料电池可用于各种应用场景力，排放物主要是水，对环境，可以有效利用燃料的能量稳定可靠的电源，例如汽车、发电和便携式设友好备燃料电池的应用领域汽车应用分布式发电

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22.燃料电池汽车具有高效率、低燃料电池可以用于分布式发电排放和零污染的优势，是未来系统，提供清洁高效的能源供汽车领域的重要发展方向应，满足居民和商业用户的用电需求便携式设备其他应用

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44.小型燃料电池可以为手机、笔燃料电池还可以应用于电网调记本电脑等便携式电子设备提峰、军事领域和航空航天领域供电力，方便用户出行和使用，发挥重要的作用汽车应用环保效益高效动力燃料电池汽车排放零污染，对环燃料电池汽车具有高效率的能量境友好，减少温室气体排放转换，提供强大动力性能，并能实现快速加氢多元燃料燃料电池汽车可以使用多种燃料来源，如氢气、甲醇等，提供更广泛的能源选择分布式发电住宅应用农村应用商业应用数据中心应用家庭屋顶安装太阳能电池板，农村地区使用小型风力发电系商业建筑安装太阳能光伏发电数据中心使用燃料电池发电，自发自用，余电可卖给电网统，解决用电难题系统，降低运营成本降低能耗，减少碳排放便携式设备优势便携式设备应用燃料电池便携式设备的优点包括重量轻、使用寿命长，并且不会产生噪音和污染此外，燃料电池可以直接使用氢气或甲醇作为燃料，这比传统电池更方便燃料电池体积小巧，可用于为便携式电子设备供电，例如手机、笔记本电脑和无人机这些设备在户外活动、紧急情况下或供电基础设施有限的地区特别有用电网调峰调节电力供应提高能源效率12燃料电池可迅速响应电力需求变化，提燃料电池可利用峰值电力资源，减少能供额外的电力，稳定电网运行源浪费，提高能源利用效率降低碳排放3燃料电池可替代传统燃煤电厂，减少二氧化碳排放，促进可持续发展氢能源概述清洁能源高能量密度氢气燃烧只生成水，没有污染物氢气的能量密度很高，可以提供排放，是清洁能源大量的能量应用广泛可持续发展氢能源可以应用于交通运输、电氢气可再生，可以有效减少对化力生产、工业生产等领域石能源的依赖制氢技术水电解制氢天然气制氢利用电解水的方法制取氢气，是一种清洁高效以天然气为原料，通过蒸汽转化制取氢气，是的制氢技术一种成熟的制氢技术煤炭气化制氢生物质制氢将煤炭转化为合成气，再通过分离提纯得到氢利用生物质资源，通过气化或热解等方法制取气，是一种传统的制氢技术氢气，是一种可再生能源制氢技术水电解制氢电解水使用电能将水分子分解成氢气和氧气•阳极氧气生成•阴极氢气生成电解槽专门设计的设备，用于电解水制氢纯度电解制氢可以产生高纯度的氢气，适合各种应用可再生能源使用可再生能源，如太阳能或风能，可以实现环保的制氢天然气制氢蒸汽甲烷重整1天然气与蒸汽反应生成合成气，再经过变换反应生成氢气部分氧化法2天然气与空气或氧气反应生成合成气，再经过变换反应生成氢气干法重整3天然气与二氧化碳反应生成合成气，再经过变换反应生成氢气煤炭气化制氢煤炭气化1将煤炭转化为合成气水蒸气转化2合成气中的一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气脱碳3去除二氧化碳，得到高纯度氢气煤炭气化制氢是将煤炭转化为氢气的主要方法之一它通过将煤炭与水蒸气和氧气反应，生成合成气，然后通过水蒸气转化和脱碳等步骤得到氢气煤炭气化制氢具有成本低、产量高的优势，但同时也会排放二氧化碳，需要进行碳捕获和封存技术生物质制氢生物质气化1生物质被加热至高温，产生可燃性气体，如合成气合成气包含氢气、一氧化碳和二氧化碳气体分离2通过各种方法分离合成气中的氢气，例如水汽变换反应和低温分离氢气纯化3进一步纯化氢气，以满足燃料电池或其他应用的要求制氢的优势与挑战可再生能源应用广泛技术挑战安全问题氢能是一种清洁、高效的能源氢能可用于交通、发电、工业制氢、储氢和运输等技术仍需氢气易燃易爆，需要加强安全，有助于减少碳排放，促进可等多个领域，推动能源转型进一步发展，以降低成本，提管理和技术研发，保障安全使持续发展高效率用储氢技术气态储氢液态储氢压缩氢气，储存在高压容器中将氢气冷却至-253℃，以液态形成本低，技术成熟，但储氢密度式储存储氢密度高，但制冷成低，安全性需要关注本高，需要特殊储罐和运输设备固态储氢将氢原子储存在固体材料中，如金属氢化物、碳纳米材料等储氢密度高，安全性好，但成本高，技术尚不成熟气态储氢压缩储氢液态储氢金属氢化物储氢碳纳米管储氢将氢气压缩到高压状态下存将氢气冷却至-253℃，液化利用金属与氢气发生化学反利用碳纳米管的微观结构，储，通常在200-700巴之间后存储应，形成氢化物吸附氢气优点技术成熟，成本较低优点储氢密度较高，易于优点储氢密度高，安全性优点储氢密度高，可反复运输好使用缺点储氢密度低，安全性缺点液化成本高，需要特缺点成本较高，充放氢速缺点技术尚不成熟，成本要求高殊设备度慢较高液态储氢温度低储氢密度高

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22.液态氢需要在-253°C的低温下液态氢的体积密度约为气态氢储存，需要特殊容器和保温措的800倍，储存效率更高施技术成熟成本较高

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44.液态储氢技术已经较为成熟，液态储氢需要消耗大量的能量应用于航天和工业领域进行制冷，成本较高固态储氢金属氢化物储氢利用金属与氢气反应生成金属氢化物，储存氢气具有安全、环保和储氢密度高的优点碳纳米管储氢利用碳纳米管的纳米孔隙结构，吸附储存氢气具有高储氢容量和快速吸附脱附的特点沸石储氢利用沸石的多孔结构和吸附特性，储存氢气具有高储氢密度和可重复使用等优点燃料电池与制氢的未来发展技术突破基础设施建设提高燃料电池效率，降低成本，建立完善的氢能源基础设施，包提升耐久性改进制氢技术，提括氢气生产、存储、运输和加注高效率，降低成本站网络政策支持制定有利的政策，鼓励燃料电池汽车和氢能源产业发展，促进市场推广。