质子交换膜燃料电池原理介绍 _交换

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由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子（即质子）可直接穿过质子交换膜到达阴极，下面我们一起来看看质子交换膜燃料电池原理介绍。

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质子交换膜燃料电池原理介绍
在质子交换膜燃料电池中，电解质是薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺酸]，和Nafion (TM)，其可透过质子但不导电，而电极基本上由碳组成。氢气流入燃料电池到达阳极，被裂解成氢离子(质子)和电子。氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子流过外部网络提供电能。空气形式的氧气被供应到阴极，并与电子和氢离子结合形成水。电极上的这些反应如下:
阳极:2H2→4H++4e-阴极:O2+4H++4e-→2H2O整体:2H2+O2→2H2O+能量
PEMFC的工作温度约为80℃ 。在如此低的温度下，电化学反应通常可以缓慢进行，通常由每个电极上的一薄层铂催化。
这种电极/电解质装置通常被称为膜电极组件(MEA)，它可以夹在两个场流板之间形成燃料电池。两块板都有凹槽，以将燃料导向电极，并通过膜电极组件导电。每个电池可以产生大约0.7伏的电压，足够一个照明灯泡使用。开车需要大约300伏的电力。为了获得更高的电压，可以将几个单体电池串联起来，形成人们所说的燃料电池存储器。
质子交换膜燃料电池的特性
(1)高能量转换效率。化学能可以通过氢氧化直接转化为电能，不需要热机过程，不受卡诺循环的限制。
(2)可以实现零排放。它唯一的排放物是纯水(和水蒸气)，没有污染物排放，是一种环保能源。
(3)运行噪音低，可靠性高。PEMFC电池没有机械运动部件，在运行过程中只有气体和水流。
(4)易于维护。PEMFC内部结构简单，电池模块呈现自然的“积木式”结构，使得电池组的组装和维护非常方便；也很容易实现免维护设计。
(5)发电效率受负荷变化影响小，非常适合作为分布式发电装置(作为主机组)和“调峰”发电机组(作为辅助机组) 。
(6)氢是世界上最重要的元素，是一种来源广泛的可再生能源。氢气可以通过石油、天然气、甲醇和甲烷的重整来生产；氢也可以通过电解水、光解水和生物制氢获得。
(7)制氢、储氢、运输和使用技术现在已经非常成熟，安全可靠。燃料电池使用氢作为燃料。在最近的5-10年里，氢的主要来源可能仍然是重整化石燃料以生产氢。但从长远来看，人们更倾向于将氢作为储能的载体，氢的来源将主要依靠可再生能源。
人类社会进入氢能经济时代后，氢能将主要来自太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能和生物能。太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能将大规模用于发电和电解水，使这些不能直接储存的大量能量可以以氢能的形式储存起来，供人们需要时使用；此外，通过生物制氢可以从城市和农村地区的有机废物和植物中获得大量的生物能源(如甲烷) 。

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质子交换膜燃料电池的优缺点
优点:1 。发电过程不涉及氢氧燃烧，因此不受卡诺循环限制，能量转化率高；
2.发电时无污染，模块化发电单元，可靠性高，组装维护方便，工作时无噪音。因此，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁高效的绿色电源。
3.质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点。
4.它被认为是电动汽车和固定电站的首选能源。在燃料电池中，质子交换膜为质子迁移和输运提供了通道，使质子从阳极到阴极通过膜，并与外部电路的电子转移形成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，其质量直接影响电池的使用寿命。
缺点:1 。生产难度大，成本高。全氟物质的合成和磺化非常困难，成膜过程中的水解和磺化容易使聚合物变性降解，成膜困难，成本高；
2.对温度和含水量要求高。Nafion系列膜的最佳工作温度为70 ~ 90℃ 。超过这个温度会导致含水量和电导率急剧下降，阻碍电极反应速度的提高，通过适当提高工作温度来克服催化剂中毒的问题。
【质子交换膜燃料电池原理介绍】3.一些碳氢化合物，如甲醇，具有高渗透性，不适合直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。
质子交换膜燃料电池应用广泛。事实上，PEMFC可以应用于任何需要能源和动力的地方。质子交换膜燃料电池的主要应用领域可分为以下三类: