鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:270次 | 2024年02月27日
什么是燃料動(dòng)力電池電堆
氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。
存在優(yōu)勢(shì)
無污染
燃料電池對(duì)環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
無噪聲
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料電池運(yùn)行安靜,噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。
高效率
燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
應(yīng)用領(lǐng)域
20世紀(jì)60年代,氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的"阿波羅"飛船就工作示意圖安裝了這種體積小、容量大的裝置。進(jìn)入70年代以后,隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù),很快,氫燃料電池就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
大型電站,無論是水電、火電或核電,都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng),由電網(wǎng)輸送給用戶。但由于各用電戶的負(fù)荷不同,電網(wǎng)有時(shí)呈現(xiàn)為高峰,有時(shí)則呈現(xiàn)為低谷,這就會(huì)導(dǎo)致停電或電壓不穩(wěn)。另外,傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)這些龐大的設(shè)備上,燃燒時(shí)還會(huì)消耗大量的能源和排放大量的有害物質(zhì)。而使用氫燃料電池發(fā)電,是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能,不需要進(jìn)行燃燒,能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%~80%,而且污染少、噪音小,裝置可大可小,非常靈活。
氫的化學(xué)特性活躍,它可同許多金屬或合金化合。某些金屬或合金吸收氫之后,形成一種金屬氫化物,其中有些金屬氫化物的氫含量很高,甚至高于液氫的密度,而且該金屬氫化物在一定溫度條件下會(huì)分解,并把所吸收的氫釋放出來,這就構(gòu)成了一種良好的貯氫材料。
隨著制氫技術(shù)的發(fā)展,氫燃料電池離我們的生活越來越近。到那時(shí),氫氣將像煤氣一樣通過管道被送入千家萬戶,每個(gè)用戶則采用金屬氫化物的貯罐將氫氣貯存起來,然后連接氫燃料電池,再接通各種用電設(shè)備。它將為人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境,減輕繁重的生活事務(wù)。但愿這種清潔方便的新型能源--氫燃料電池早日在人們?nèi)粘I钪小?/p>
神秘的電堆長什么模樣
電堆組成構(gòu)件
電堆由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。
單體電池是由將雙極板與膜電極(MEA-催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙/碳布)組成。
若干單體之間嵌入密封件,經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢,即構(gòu)成燃料電池電堆。
1.雙極板
雙極板是由極板和流場(chǎng)組成。主要作用是氣體分配、集流、導(dǎo)熱和密封。
雙極板是電、熱的良導(dǎo)體,具有良好的機(jī)械性能,很好的阻氣性能,耐腐蝕性好等特點(diǎn),其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質(zhì)量比功率。
雙極板材質(zhì)主要是石墨或者合金。通常由石墨板材料制作,石墨雙極板厚度約2~3.7mm,經(jīng)銑床加工成具有一定形狀的導(dǎo)流流體槽及流體通道,其流道設(shè)計(jì)和加工工藝與電池性能密切相關(guān)。
2.質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì),起到傳導(dǎo)質(zhì)子,隔離反應(yīng)氣體的作用。
在燃料電池內(nèi)部,質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道,使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極,與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路,向外界提供電流。
質(zhì)子交換膜的性能對(duì)燃料電池的性能起著非常重要的作用,它的好壞也直接影響電池的使用壽命。
3.碳紙/碳布
氣體擴(kuò)散層GDL通常由碳紙或者碳布組成,主要起到傳質(zhì),導(dǎo)電,傳熱,支持催化層,導(dǎo)水的作用。
4.催化劑
作為氫燃料電池反應(yīng)關(guān)鍵,催化層是由催化劑和催化劑載體形成的薄層。催化劑主要采用Pt/C,Pt合金/C,載體材料主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。
對(duì)材料要求導(dǎo)電性好,載體耐蝕,催化活性大。
電堆是怎么工作的
在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。
陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所,陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所,兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑,質(zhì)子交換膜作為傳遞H+的介質(zhì),只允許H+通過。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源,陽極即電源負(fù)極,陰極即電源正極。
電堆工作時(shí),氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入,經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板,經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極,通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
陽極(負(fù)極):2H2→4H++4e-
陰極(正極):O2+4H++4e-→2H2O
由于質(zhì)子交換膜只能傳導(dǎo)質(zhì)子,因此氫離子(即質(zhì)子)可直接穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極,而電子只能通過外電路才能到達(dá)陰極。當(dāng)電子通過外電路流向陰極時(shí)就產(chǎn)生了直流電。
以陽極為參考時(shí),陰極電位為1.23V。也即每一單電池的發(fā)電電壓理論上限為1.23V。接有負(fù)載時(shí)輸出電壓取決于輸出電流密度,通常在0.5~1V之間。將多個(gè)單電池層疊組合就能構(gòu)成輸出電壓滿足實(shí)際負(fù)載需要的燃料電池堆(簡稱電堆)。