PEMFC工作原理与基本结构

2015-07-08 14:33:04   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

【陆地方舟电动汽车网gw.greenwheel.com.cn】PEMFC将氢和氧这两种气体合成水分,并且将由此产生的能量转换成电流,这两种气体不能直接接触,需用一层电解质将它们隔开。电解质由经过镀铂处理的高分子箔片组成...
    【陆地方舟电动汽车网 gw.greenwheel.com.cn】PEMFC将氢和氧这两种气体合成水分,并且将由此产生的能量转换成电流,这两种气体不能直接接触,需用一层电解质将它们隔开。电解质由经过镀铂处理的高分子箔片组成,并只允许两气体之一以带电方式即离子形式通过电解质层,当离子为氢离子(质子)时,它的每一个质子留下一个电子,这样在电解质的氢气一侧形成正电荷,从而形成一定的电压,有电压就有电流,因此PEMFC就产生电能。PEMFC在常温下工作,具有起动快速、结构紧凑的优点,近年来发展很快。
 

    Debe提炼的燃料电池车辆PEMFC电极的工作原理如图a所示。薄膜提供氢离子(质子)从阳极到达阴极的通道,而电子或气体不能通过。催化层将铂纳米晶用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面,对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳基(碳纸或碳布)制成,导电性能良好,碳基上的微孔结构提供气体进入催化层的通道,又称为扩散层。PEMFC含有阴、阳两个电极,分别充满电解液,而两个电极间则由具有渗透性的薄膜所构成。氢气由PEMFC阳极进入,氧气则由阴极进入PEMFC,经由铂系金属催化结构作用,使得阳极的氢原子分解成两个氢质子与两个电子。其中质子被氧吸引到薄膜的另一边,电子则经由外电路形成电流后,到达阴极,电极与膜形成三明治结构膜电极组,是燃料电池的心脏。
 

    Bashyam等设计的三明治结构膜电极组如图b所示,它以不锈钢或石墨板等耐腐蚀材料将膜极组封装。在阴极催化结构作用下,氢质子、氧及电子发生反应形成水分子,PEM采用高分子薄膜电解质,内部为多层微网状结构,提供原子级的离子通道。Litster等构建的纳米结构传输模型如图c所示,它具备高离子传导性、高渗透选择性(只传导氢离子)、化学稳定及热稳定等优点。
 

    PEM表面与阴极、阳极、催化结构等材料接触,其氧化还原反应效率与燃料电池效率息息相关,将氢气通入阳极处,加催化结构的多孔石墨化碳基可增大电极的表面积,催化结构由含铂系金属(Pt、Pcl等)及化合物构成,Pt、Pd等对氢气有较好吸附能力,氢气不断被氧化的同时,氧气不断被还原,最终产物是水。在PEM负极材料制备中,引入纳米尺度材料,依据纳米颗粒的特有交电性质,优化设计了反应界面,降低了电极或电解质的烧结温度,改善了电池性能。
 

 
 
 
 
PEMFC结构模型
 
a)工作原理  b)宏观结构模型  c)纳米结构传输模型

相关热词搜索:电动观光车 电动观光车价格 电动汽车排名

分享到:

上一篇:电动观光车燃料电池储能技术
下一篇:详细剖析电动巡逻车的基本特点