燃料电池系统，燃料电池的基本结构和辅助系统构成

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1，燃料电池的基本结构和辅助系统构成
2，燃料电池的介绍及类型
3，燃料电池的应用特点燃料电池的特点及应用

1，燃料电池的基本结构和辅助系统构成

燃料电池的基本结构: (电堆)和辅助系统构成。燃料电池的基本结构主要是由阳极、阴极、电解质和外部电路四部分组成。燃料电池的电堆是燃料电池系统的核心，主要由膜电极与双极板构成，它将化学能转化为电能。燃料电池系统除电堆外，还有四个辅助系统：供氢系统、供气系统、水管理系统和热管理系统。燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。燃料电池理论上可在接近100%的热效率下运行，具有很高的经济性。目前实际运行的各种燃料电池，由于种种技术因素的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45%～60%范围内，如考虑排热利用可达80%以上。此外，燃料电池装置不含或含有很少的运动部件，工作可靠，较少需要维修，且比传统发电机组安静。另外电化学反应清洁、完全，很少产生有害物质。所有这一切都使得燃料电池被视作是一种很有发展前途的能源动力装置。

燃料电池的基本结构和辅助系统构成

2，燃料电池的介绍及类型

燃料电池的介绍及类型氢能源与燃料电池氢在地球上属于最丰富的元素之一，但是它不能以其自然形式存在，例如在大气中，氢是和氧共同作用形成水存在的。在很多化合物中也能找到氢，例如天然气、甲醇、原油等。要把氢存储起来用作燃料，必须进行一系列工序把这些物质分离出来，如图所示。燃料电池就是氢动力电池，氢是一种优质燃料。与等量的化石燃料相比，它的比能非常高，1kg氢的能量是1kg汽油能量的3倍。燃料电池是一种把氢氧化学能转化成电能的电化学装置，如图所示。在燃料电池内发生的化学反应与水的电解过程刚好相反，电解是通过施加电流将水分解成其组成成分为氢和氧的过程，在电解时需要消耗能量。燃料电池的优点燃料电池产生电能，并且由于氢和氧提供电能给燃料电池，所以燃料电池本身不会产生任何碳排放，排放的只有水和热量。燃料电池的能量效率也比一般内燃机高，由内燃机提供动力车辆的能量效率只有15%～20%，而燃料电池汽车的能量效率能达到40%以上。此外，如果利用燃料电池作为汽车，其运动部件非常少，稳定性更强。燃料电池应用于汽车存在的问题虽然目前很多汽车制造商开始设计和研发燃料电池汽车，并致力于提高燃料电池系统的设计，但是没有一款由燃料电池提供动力的汽车能够量产化生产。原因主要是成本高、缺少加燃料的基础设施、无安全保障、汽车续驶里程不足，以及不能够经久耐用和冷起动问题等，这些都影响和制约了燃料电池汽车的发展。燃料电池的类型燃料电池的类型很多，主要的区别在于所用的电解质种类不同。有些电解质常温下运行效果很好，而有些需要在温度高达900℃的情况下才能正常工作表所示为目前比较常见的燃料电池。最合适汽车使用的燃料电池是PEM电池，也称为质子交换膜电池。PEM燃料电池必须用氢作为能源，可以是直接存储在车辆上的氢，或是由另一种燃料生成的氢。

燃料电池的介绍及类型

3，燃料电池的应用特点燃料电池的特点及应用

1、燃料电池的特点（1）能量密度大，比能量可达到200W·h/kg左右。PCEV要求采用氢气作为燃料时，电池的质量比功率不小于150W/kg；采用甲醇作为燃料时，电池的质量比功率不小于100W/kg。（2）一般在常温条件下运行，当温度在80°C左右易于快速启动，减小了温度对燃料电池材料的影响，提高了电池性能，延长可电池的寿命。（3）可以连续不断地工作，适合部分符合特性的要求，这些优越的性能为PEMFC在FCEV上使用带来了很大便利。（4）单体电池的电压高，是电动汽车比较理想的一种电源，有利于减轻电动车辆的整备质量和降低电动车辆使用费用。（5）燃料电池的染料有氢气、甲醇和汽油三种。根据燃料电池的发电原理，氢气是最理想的燃料，原因是氢气可以直接参与电化学反应。氢气燃料电池的产物中只有洁净的水蒸气，对环境不会造成任何污染。 2、燃料电池的应用，燃料电池作为移动式电源的应用领域分为两大类一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等，适用于军事、通信、计算机等领域，以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要。实际应用是手机电池、笔记本电脑等便携式电子设备、军用背负式通信电源、卫星通信车载电源等；二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源，以满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力电源。 3、国际上，燃料电池研究开发领域的权威机构是加拿大Ballard能源系统公司，美国H-Power公司于1996年研制出世界上第一辆以燃料电池为动力源的大巴士。近年来，我国对燃料电池电动车的研发也极为重视，被列为国家重点科技攻关计划。上海神力公司、富源燃料电池有限公司、清华大学、中科院大连化物所已分别研制出游览观光车、中巴车样车，其性能接近或达到国际先进水平。 4、燃料电池除适用于交通电源外，也非常适用于固定式电源。即可与电网系统互联，用于调整电网峰值，也可用作海岛、山区、边远地区或作为国防（人防）发供电系统电源。 5、采用多台燃料电池发电机联网还可构成分散式供电系统。分散式供电系统有以下优点：（1）可省去电网线路及配电调度控制系统。（2）有利于热电联供（由于PEMFC电站无噪声，可就近安装，PEMFC发电所产生的热可进入供热系统），可使燃料总利用率高达80%以上。（3）受战争和自然灾害等影响比较小，尤其适宜于现代战争条件下的主动防护需要。（4）通过天然气、煤气重整制氧，可利用现有天然气、煤气供气系统等基础设施为燃料电池提供燃料。（5）通过再生能源制氢（电解水制氢、太阳能电解制氢、生物制氢）则可形成循环利用系统（这种循环系统特别适用于边远地区），使系统建设成本和运行成本降低。国际上普遍认为，随着燃料电池的推广利用，发展分散型电站将是一个趋势。 6、由于燃料电池工作温度低，红外辐射少，无振动，没有噪声，因此特别适合用作为现代军用电源。1998年8月，美国国防部在向国会国防委员会呈递的报告中指出：移动电力是永久性防御设施最基本的五大要素之一；燃料电池发电技术替代常规发电装置的迅速演变，给未来发电系统采用氢气作为主燃料开辟了道路；由于能量转换效率（超过60%）很高，操作维护极为简单，燃料电池发电机使氢能源作为主燃料的应用极为可靠而高效。因此，把作战燃料改为氢，将获得更加高效可靠的发电系统、更低的排放、更低的噪声、极大地减小热辐射和红外成像，便于伪装和隐蔽作战。 7、PEMFC发电机的诸多优越性能，使其在航空航天及超级移动设备、水下潜艇、军事工程、通讯工程、车辆动力电源、单兵和部（分）队便携电源、边远地区、海防哨所以及人防工程中都具有极好的应用前景。早在20世纪60年代，美国航空航天局（NASA）就与通用电气公司（GE）联合开发燃料电池发电机，并多次用于双子星座卫星计划的飞行。特别是1968年采用Nafion膜后，在发射的生物卫星上使用的燃料电池发电机，其寿命在实验室已达57000h。后来，NASA又与Hamilton标准公司合作研制RPC（再生燃料电池）系统，目的是配合太阳能发电系统组成用于火星探测飞行器或月球基地的动力电源（太阳能电解水装置功率35kw，PEMFC发电机功率25kw）.美国空军也与Treadwell公司签订协议研究用于卫星的RFC系统（燃料电池功率12kw,电压V）。 8、在超级移动装备（HMU）应用方面，NASA与EPSI公司合作开发采用金属氢化物储氢的200W·h能量的PEMFC系统，以替代现有装备中采用的可充电电池，可有效提高能量储存密度和一次性充能能量以及循环寿命、充能速度。 9、燃料电池在军事领域的一个重大用途是作为海军舰艇的动力电源。PEMFC发电机作为潜艇不依赖于空气的推进动力（AIP）源，与斯特林发动机和闭式循环柴油机相比，具有效率高、噪声低和红外辐射小等优点，在携带相同质量或体积燃料气时，潜艇续航能力最强（大约为斯特林发动机的2倍），且没有污染，因此燃料电池是潜艇AIP系统的最佳选择。德国从1980年（也是世界上最早）开始研究燃料电池发电机的潜艇，目前德国已能生产212、214型号的基于燃料电池发电机的潜艇。而美国海军与AP公司合作开始研制以柴油重整制氢为氢源的燃料电池发电机，还与Treadwell公司合作设计并制造了用于水下探测器的燃料电池电源。 10、燃料电池的诸多优点，使其在重要的民用设施如智能大厦、医院、宾馆以及国防（人防）领域都具有极好的前景。目前这些地方的供电系统均采用以外电为主、柴油发电机组为辅的供电方式。当外电毁坏启用柴油发电机组时，由于柴油发电机组存在烟气排放，隐蔽性差、震动大、噪声高、环保性能差等诸多缺点，更不适合在未来高科技战争中使用。因此，研究基于PEMFC的发电系统可有效利用氢能实现环保，对民用供电和国防建设都有极为重要的意义。

燃料电池的应用特点燃料电池的特点及应用