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PEM燃料电池的介绍

PEM燃料电池的介绍

优质回答PEM燃料电池的介绍

质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪声。所以，质子交换膜燃料电池是一种清洁、高效的绿色环保电源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，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，其性能的好坏，直接影响电池的使用的寿命。

工作原理

在原理上，质子交换膜燃料电池相当于电解水的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和含催化剂涂层的质子交换膜构成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时，相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极，其工作原理如图及视频所示。

氢气直接被输送到负极，氧气直接被输送到正极。氢以分子的形式被输送至负极，在有催化剂的情况下氢气被分解成H＋离子（质子）。通过外电路输送氢原子的电子（e－）产生用于进行工作的电。然后，这些相同的电子被送到正极，通过膜返回的H＋离子在有催化剂的情况下，在正极与氧发生化学反应产生水和热量。

燃料电池堆

单个燃料电池本身没有多少用途，因为它产生的电动势小于1V。运用在汽车上的燃料电池通常是把数百个燃料电池组合在一起做成一个燃料电池堆，如图所示。在这种布置中，燃料电池串联在一起，这样的电池堆的总电压是每个单电池电压的总和。电池堆中的燃料电池是首尾连接，汽车中的燃料电池堆含有约400多个电池。

燃料电池堆的总电压由组成该电池堆的电池数量决定。然而电池堆的产电能力由电极的表面积决定。由于燃料电池堆的输出功率与电压和电流都有关系，所有增加电池数量或者增大电池的表面积都能提高输出功率。根据车辆所需要的输出功率及空间限制有些燃料电池车使用多个电池堆。

甲醇燃料电池

由于采用氢作为燃料电池燃料时，存储氢需要使用的高压汽缸的成本和安全性均不是很理想。因此，另一种改进的PEM燃料电池方法是用液态甲醇替代氢气，如图所示。

制造甲醇最常用的方法是用天然气合成甲醇，甲醇的化学式是CH3OH。它比气态氢的能量密度更高，因为常温下它以液态形式存在，无需使用压缩机或其他高压设备。使用液态燃料取代高压气体给燃料汽车添加燃料，添加过程将更加简单，几乎类似于燃油汽车添加汽油，如图所示。

但是，甲醇本身具有腐蚀性，不能存储在现有的燃油箱中，需要一个专门的装置单独处理和存储甲醇，此外，在甲醇燃料电池中，甲醇穿过膜装置会降低电池的工作性能。直接甲醇燃料电池的结构中也需要大量的催化剂，这些问题导致其成本升高。

中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇

优质回答①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇，

故答案为：CH

3

OH；O

2

；

②负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH

3

OH-6e

-

+H

2

O=CO

2

+6H

+

，

故答案为：CH

3

OH-6e

-

+H

2

O=CO

2

+6H

+

；

③根据CH

3

OH-6e

-

+H

2

O=CO

2

+6H

+

知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当12.8g甲醇完全反应生成CO

2

时，转移电子的物质的量=12.8g32g/mol=2.4mol，则转移电子个数为2.4N

A

，

故答案为：2.4．

甲醇燃料电池负极反应方程式是什么？

优质回答甲醇燃料电池负极反应方程式是：

①碱性条件负极：2 CH3OH－12e﹣＋16 OH﹣ → 2 CO32﹣＋12 H2O

②酸性条件负极：2 CH3OH －12e﹣ ＋ 2 H2O → 12 H﹢ ＋ 2 CO2

碱性条件

总反应式 2 CH3OH + 3 O2 + 4 OH﹣＝2 CO3 2﹣＋6 H2O

正极:3 O2 + 12e﹣ ＋6 H20 → 12 OH﹣

负极:2 CH3OH － 12e– ＋ 16OH~ → 2CO3 2﹣ ＋ 12H2O

酸性条件

总反应式:2 CH3OH ＋ 3 O2 ＝ 2 CO2 ＋ 4 H2O

正极:3 O2 ＋ 12e﹣ ＋ 12 H﹢ → 6 H2O

负极:2 CH3OH － 12e﹣ ＋ 2 H2O → 12 H﹢ ＋ 2 CO

扩展资料：

在直接甲醇燃料电池的工作过程中，一定浓度的甲醇溶液从电池的阳极流场结构中通过，在液体的流动过程中，甲醇溶液经过阳极扩散层，至阳极催化层处被氧化。

透过质子交换膜，作为反应产物的质子得以迁移到阴极一侧，电子则通过外电路由阳极向阴极传递，并在此过程中对外做功。

同时，在阳极 MEA 中电解质的作用下，CO2气体以气泡的形式在阳极流场内随甲醇溶液排出。在电池的阴极一侧，阴极集流板流场结构均匀分配后的空气或氧气扩散进入阴极催化层，被来自阳极的质子电化学还原，生成的水蒸气或液态形式的水与反应尾气一起离开电池的阴极流场。

这种电池的期望工作温度为120℃，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。

不过，这种增加的成本可以因方便地使用液体燃料和勿需进行重整便能工作而相形见绌。直接甲醇燃料电池使用的技术仍处于其发展的早期，但已成功地显示出可以用作移动电话和膝上型电脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力

参考资料：百度百科——甲醇燃料电池

什么是甲醇燃料电池的四种环境方程式？

优质回答甲醇燃料电池四种环境方程式如下所示。

1、碱性介质（如NaOH)。

总反应式：2CH4O+ 3O2 + 4OH-= 2CO32- + 6H2O。

正极：3O2 + 12e–＋6H20→12OH–，负极：2CH4O - 12e–＋16OH~→2CO32- + 12H2O。

2、酸性介质：（H2SO4)。

总反应方程式CH4 +2O2→CO2+2H2O。

正极：3O2 + 12e–＋12H+→6H2O。

负极：2CH4O - 12e–＋2H2O→12H+ + 2CO2。

3、中性介质（H2O)。

正极：O2 + 4H+ + 4e == 2H2O。

负极：CH3OH + H2O - 6e == CO2 + 6H+。

总反应方程式：2CH3OH +3O2 =4H2O+2CO2。

4、熔融盐介质（Li2CO3和Na2CO3)。

正极：O2+4e-+2CO2=2CO32-；负极：CH3OH+3CO32-6e-=4CO2+2H2O。

总反应方程式：3O2+2CH3OH=2CO2+4H2O。

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