质子交换膜燃料电池铂基电催化剂的电化学性能测试

质子交换膜燃料电池铂基电催化剂的电化学性能测试

一、实验目的与内容

1、了解质子交换膜燃料电池的工作原理和研究现状；

2、掌握循环伏安法（CV）和旋转圆盘电极技术（RDE）评价质子交换膜燃料电池铂基电

催化剂的电化学性能的基本原理和操作过程；

3、掌握电化学中三电极体系的基本概念，学会利用CV法测定铂基电催化剂的电化学活性

表面积（ESA）；了解极限电流密度的概念，学会通过RDE技术研究铂基电催化剂的氧还原本征活性。

二、实验原理概述

1、燃料电池技术进展及工作原理

燃料电池(Fuel Cell)是一种在等温状态下直接将化学能转变成电能的电化学装置。它不同于普通的二次电池，其工作过程是燃料和氧化剂分别在阳极和阴极上发生电化学反应，由电解质传导的离子和外电路的电子构成回路，从而将化学能直接转化成电能。燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置，自1839年英国科学家William Grove首次发现氢气在铂黑电极上的电化学氧化现象以来，人们对它的研究已有100多年的历史，但除了用于航天领域外，并未受到广泛关注。自上世纪90年代开始，随着化石能源的枯竭和环境的日益恶化，人们对燃料电池的研究热情也随之高涨，也取得了巨大的进步。目前，全世界约有20多个国家已投入巨额经费用于燃料电池的研究开发，技术处于领先的国家为美国、日本和欧盟，其中美国把燃料电池列为国家发展的27个关键技术之一，《时代周刊》将燃料电池列为21世纪的高科技之首。

燃料电池之所以成为研究热点，主要是基于以下优点：

(1) 能量转换效率高。由于燃料电池反应过程中不涉及燃烧，不经过热机转换过程，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，可高达60-80%。

(2) 环境友好。由于燃料电池是按电化学原理发电，不经过燃烧过程，所以它几乎不排放NO x和SO x和颗粒物，减轻了对大气的污染。而且燃料电池CO2排放量也比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应有重大意义。

(3) 比能量或比功率高。在各种电池，包括镉镍电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池中，燃料电池的理论比能量要远远高于其它电池。

燃料电池的种类很多，其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）具有一些独特的优点：无腐蚀性、无噪音、零污染、寿命长、质量轻、体积小、比功率大、操作温度低、工作电流大、比功率高、能量效率高、冷启动快等。PEMFC工作温度为室温至80o C。它的发电效率受负荷变化影响很小，不仅能为固定系统提供可靠动力，用作分散型发电装置，也适合用作电网的“调峰”发电机组，还可作为陆地上市区交通车辆和水下潜艇的动力源。

图1即为质子交换膜燃料电池的工作原理图。如图1所示，以氢为燃料的PEMFC在工作时，燃料氢气沿流场板的通道流动，扩散进入电极，通过扩散层到达电催化层。H2在催化剂表面发生电化学解离吸附，进行如下电极反应：

H2 = 2 H+ + 2 e

此反应产生的质子(H+)通过质子交换膜传递到阴极，电子则通过外电路输送到阴极，氧气通过多孔电极扩散层传递到电催化反应区，在电催化剂的作用下，由阴极传递过来的质子和电子与O2发生如下电极反应：

1/2 O2+2 H++2 e = H2O

电池总反应为：

H2+1/2 O2=H2O

图1 质子交换膜燃料电池工作原理图

目前PEMFC电催化剂是制约其商业化的关键因素之一。至今，PEMFC主要采用的电催化剂仍是Pt基催化剂。在PEMFC发展的早期阶段，Pt的载量高达4-10 mg/cm2，近来已降至低于0.4 mg/cm2。高活性和高稳定性的电催化剂仍然是PEMFC研究的主要内容之一。

许多化学反应在热力学上是可行的，但它们的动力学低，自身并不能以显著的速率进行反应。为了使这类反应具有实用价值，有必要寻找合适的催化剂，以提高反应速率。在合适的催化剂上，反应速率有时可以提高几个数量级以上。许多电极反应在没有电催化剂存在时，需要高的过电位下才有可能进行反应，原因是由于其缓慢的动力学过程，即这类电极反应交换电流密度较低。因此，电催化的目的就是寻找能够提供具有较低能量的活化路径，从而使反应能够在平衡电位附近以高电流密度发生，提高反应速率。

本实验的目的就是通过电化学方法评价PEMFC 中Pt/C 电催化剂的电化学性能，为探索高效的电催化剂提供表征手段。

2、 循环伏安法 (Cyclic V oltammetry ，CV ）

控制工作电极的电势以速率ν从E o 开始扫描，到时间t 时（相应电势为E t ）改变电势扫描方向，以相同的速率回扫至起始电势E o ，然后电势再次换向，反复扫描，即采用的电势控制信号为连续三角波信号。记录下的E-i 曲线，称为循环伏安曲线（cyclic voltammogram ），如图2所示。对于一个电化学反应R ne O ?+-，按照美国规定方式，正向扫描（即向电势负方向扫描）时发生还原反应R ne O →+-；反向扫描时，则发生正向扫描过程中生成的反应产物R 的重新氧化反应-+→ne O R ，这样反向扫描时也会得到峰状的E-i 曲线，见图2。

循环伏安法是一种很有用的电化学研究方法，可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究。循环伏安曲线上有两组重要的测量参数：阴、阳极峰值电流pc i ，pa i 及它们的比值pc pa

i i 和阴、阳极峰值电势差值p E ?=pc pa E E -。

（1） 电极可逆性的判断

循环伏安法中电压的扫描过程包括阴极与阳极两个方向，因此从所得的循环伏安法图的氧化波和还原波的峰高和对称性上可判断电活性物质在电极表面反应的可逆程度。若反应是可逆的，则曲线上下对称,pc i c =pa i ，p E ?=pc pa E E -≈nF RT 3.2或p E ?=pc pa E E -≈)25(59C mV n

o 。尽管p E ?与换向电势t E 稍有关系，但p E ?基本上保持为常数，并且不随扫速ν变化而变化；若反应不可逆，逆反应非常迟缓，正向扫描产物来不及发生反应就扩散到溶剂内部，则曲线上下不对称，pc i ≠pa i ，p E ?>nF

RT 3.2，且随ν

增大而增大，p E 比nF

RT 3.2大得越多，反应的不可逆程度就越大。

图2 三角波电势扫描信号及循环伏安曲线

（2） 电极反应机理的判断

循环伏安法还可研究电极吸附现象、电化学反应产物、电化学-化学耦联反应等。对于有机物、金属有机化合物及生物物质的氧化还原机理研究很有用。在燃料电池电催化剂的研究中，经常采用循环伏安法测量Pt 基电催化剂的电化学活性表面积，测试装置如图3所示。

图3 循环伏安法测试装置示意图

(1) 计算机及数据记录 (computer and recorder)；(2) 恒电位仪 (potentiostat/galvanostat)；(3)

电解池 (electrolytic cell)；(4) 工作电极 (working electrode)；(5) 参比电极(reference electrode)；(6)辅助(对)电极 (auxiliary electrode)；(7) 稳流阀；(8) 脱氧管(deoxidizer tube)；

(9) 氮气气瓶（nitrogen cylinder ）(7、8、9为电解液除氧系统).

3、 旋转圆盘电极技术（RDE ）

由于旋转圆盘电极能保持电极各处扩散厚度一致，电极表面上的电流密度，电极电位以及传质流量都是均匀的。和静止电极相比具有以下优点：浓差极化稳定，极化曲线稳定性好，

可以测量比较迅速的电化学反应。旋转圆盘电极技术应用很广，可以测定扩散系数，反应级数，交换电流密度，也可以用来判断电极过程的控制步骤。

对于某些体系，在自然对流条件下，由于浓差极化的影响，无法用稳态极化曲线测定电极动力学参数，但采用旋转圆盘电极，随着转速(ω)的提高，使本来为扩散控制或混合控制的电极过程转变为活化控制，可以利用稳态极化曲线测定动力学参数。根据Fick 第一定律

δs o o o

C C nFA

D i -=* (1)

可以得到扩散电流为: 2/1*6/13

/2)(62.0ωνs o o o C C nFAD i -=- (2) 其中o D 为反应物的扩散系数，ω是角速度，ν溶液的动力粘度，C 是浓度，A 是旋转圆盘电极的几何表面积。若n 、o D 、ν中任意两个参数已知，就可用旋转圆盘电极法测试结果求另一个参数。为此，通常测定不同转速下的某一电位电流i ，然后用i -2/1ω作图，得一条直线，从直线斜率可求出相应参数。此外，采用旋转圆盘电极法还可以判断电化学反应的控制步骤。在某一极化超电势η下，若随着旋转圆盘电极转速的增加，反应的电流增加，则说明是扩散控制或混合控制，用i 1

-2/1-ω作图，若得到过原点的直线，说明扩散控制；若得不

到过原点的直线，说明是混合控制。若ω改变，而i 不随之改变，则说明是活化控制过程。典型的氧还原RDE 阴极极化曲线图4所示： -0.4-0.20.00.2

0.40.60.8 1.0-4-3-2-10

C u r r e n t

D e n s i t y (m A /c m 2)Potential (V vs. SC

E )Pt/C 0.5 mol/L H 2SO 45 mV/s 1600 rpm

图4 Pt/C 催化剂上氧还原的阴极极化曲线

三、 实验方法与步骤

1、 实验仪器与材料

恒电位/恒电流仪，旋转圆盘电极；Pt/C 电催化剂，Nafion 溶液，无水乙醇；电解池为三电极电化学测试体系，工作电极为涂有催化剂薄层的玻璃碳圆盘电极，对电极为Pt 片，参比电极为饱和甘汞电极（SCE ）；高纯N 2；高纯O 2。

2、 实验方法与操作步骤

a) 电化学活性表面积测试

I 、测试方法

1）配制0.5 mol/L 硫酸溶液；

2）准确称取5.0 mg （±0.1 mg ）催化剂，依次加入100 μL 5% Nafion 溶液、0.9 mL 乙醇；

3）使用超声波，超声分散30 min 使浆液混合均匀，超声过程中需保持水浴温度不超过20℃；

4）对玻璃碳电极进行抛光处理，用蒸馏水冲洗多次，备用；

5）取10 μL 分散好的浆液分两次均匀地滴到玻璃炭电极上，自然干燥后，放入真空干燥箱，80℃烘烤30 min ，作为工作电极；

6）实验开始前，检查实验系统接线是否正确，检查电解池是否装配合理，参比电极是否正常。然后通高纯氮气20 min 以除去溶液中的氧；

7）将涂有催化剂薄层的圆盘电极置于0.5 mol/L 硫酸溶液中，并与恒电位/恒电流仪连接；

8）开机，选择恒电位仪软件的循环伏安法(CV)，测量氢脱附峰的面积。先以50 mV/s 的扫描速率对催化剂进行活化，直至氢脱附峰不再改变时，然后以20 mV/s 的速率扫描15圈，电位扫描范围为-0.242 V - 1.0 V （相对于饱和甘汞电极）。

9）实验结束后保存原始数据文件，并导出数据（*.txt 格式）保存。

II 、数据处理

对Pt/C 催化剂，循环伏安法用于计算电化学活性表面积的典型测试结果如图5所示。选取曲线稳定后数据进行计算，首先在-0.24-0.16 V (vs. SCE)电位区域对氢脱附峰进行积分，得到面积S （A·V ），按公式（3）计算电化学活性表面积ESA ：

（3）

式中，ESA ：Pt/C 催化剂的电化学活性表面积，单位为m 2/g

S ：氢脱附峰的积分面积，单位为A·V

M ：剥离碳电极上Pt 的质量，单位为g

) ( / M C S ESA ? ? = ν 100

ν：扫描速度，单位为mV/s

C：光滑Pt表面氢吸附常数，0.21 mC/cm2。

t

n

e

r

r

u

C

-0.50-0.250.000.250.500.75 1.00 1.25 1.50

Potential (V vs. SCE)

图5 Pt/C催化剂的循环伏安曲线

四、思考与讨论

1、电化学反应和化学反应有何区别？

2、参比电极应该满足哪些要求？

3、不同转速条件下，氧还原反应的极化曲线将会如何变化？

4、简要说明质子交换膜燃料电池电催化剂的其他要求？

五、参考文献

1、藤岛昭，电化学测定方法，北京大学出版社，1989.

2、柳厚田，徐品弟等译，电化学中的仪器方法，复旦大学出版社，1992.

3、邵元华等译，电化学方法原理和应用，化学工业出版社，2005.

4、衣宝廉，燃料电池：原理?技术?应用，化学工业出版社，2004.

5、辛勤，固体催化剂研究方法，科学出版社，2004.

6、质子交换膜燃料电池电催化剂测试方法，中华人民共和国国家标准GB/T 20042.4- XXXX，送审稿.

编写人员：刘建国1宋树芹2

1南京大学材料科学与工程系

2中山大学物理科学与工程技术学院2012/03/29

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质子交换膜燃料电池-水热管理

ＰEMFＣ的水、热管理问题 水、热管理是ＰＥＭFC 发电系统的重要环节之一。 水管理 电堆运行时,质子交换膜需要保持一定的湿度,反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响,这就产生了PEMFＣ发电系统的水、热管理问题。通常情况下,电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜,以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降,甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出,以防电极“淹死”。由于PE ＭFC的运行温度一般在8０℃左右,此时PEMFC 的运行效能最好,因此反应气体进入电堆前需要预加热,这一过程通常与气体的加湿过程同时进行;电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高,必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 热管理 冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMＦC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PＥMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等,实现电热联产联供,可大大提高燃料利用效率,具有极好的发展与应用前景。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O２处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成,构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统,并进行机电一体化集成就可构成PＥMFC发电站。 PEＭFC的存储装置 通常,PEＭFＣ发电站由PEMFＣ发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。 氢气存储装置为发电机提供氢气,其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种,主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PＥＭFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEＭFC应用(如ＰEMFC电动车)不成问题,但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题,如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器

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5．如图，将纯Fe棒和石墨棒插入1 L饱和NaCl溶液中。下列说法正确的是A．M接负极，N接正极，当两极产生气体总量为22.4 L(标准状况) 时，生成1 mol NaOH B．M接负极，N接正极，在溶液中滴人酚酞试液，C电极周围溶液变红 C．M接负极，N接正极，若把烧杯中溶液换成1 L CuSO 4 溶液，反 应一段时间后，烧杯中产生蓝色沉淀 D．M接电源正极，N接电源负极，将C电极换成Cu电极，电解质溶 液换成CuSO 4 溶液，则可实现在铁上镀铜 6．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下： 电池：Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2 SO 4 (aq)=2PbSO 4 (s)+2H 2 O(l) 电解池：2Al+3H 2O Al 2 O 3 +3H 2 电池电解池 A H+移向Pb电极H+移向Pb电极 B 每消耗3molPb 生成2molAl 2O 3 C 正极：PbO 2+4H++2e=Pb2++2H 2 O 阳极：2Al+3H 2 O-6e=Al 2 O 3 +6H+ D 7 极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b＜d。 选项X Y A．MgSO 4CuSO 4 B．AgNO 3Pb(NO 3 ) 2 C．FeSO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 D．CuSO 4AgNO 3 8 2O 7 2－）时，以铁板作阴、阳极，处理 过程中存在反应Cr 2O 7 2+6Fe2＋+14H＋=2Cr3＋+6Fe3＋+7H 2 O，最后Cr3＋以Cr(OH) 3 形式除 去，说法不正确 ．．．的是 A.阳极反应为Fe－2e－=Fe2＋ B.电解过程中溶液pH不会变化 C.过程中有Fe(OH) 3沉淀生成 D.电路中每转移12mol电子，最多有 Fe C 饱和NaCl溶液 电源 M N

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电化学基础知识点总结 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应） 原 ?③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 锂电池 ①、燃料电池与普通电池的区别 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时 燃料 电极 反应产物不断排出电池。 J 电池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是 CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。 负极：2H 2+2OH --4e -=4H 2O ;正极：O 2+2H 2O+4e -=4OH - ③、氢氧燃料电池：J 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O 特点：转化率高，持续使用，无污染。 废旧电池的危害：旧电池中含有重金属（ Hg 2+）酸碱等物质；回收金属，防止污染。 电 池 原 理 基本概念: I 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 电极反应方程式：电极反 应、总反应。 失e -,沿导线传递，有电流产生 反应原理: 氧化反应 Zn-2e -=zn 2+ 负极. 铜锌原电池 不溶 断解 电解质溶液 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=zn 2+ ① 、普通锌一一锰干电池 干电池： ② 、碱性锌一一锰干电池 正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2 f 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2 f 电解质溶液：糊状的 NH 4CI 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加） 电解液： 由中性变为碱性（离子导电性好） 。 铅畜电池：总 化学电源简介 蓄电池 其它蓄电池 正极（PbO 2） 负极（Pb ） !、反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 .充电.2PbSO 4+2H 2O 电解 液：1.25g/cm 3?1.28g/cm 3 的 H 2SO 4 溶液 特点：电压稳 定。 PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O Pb+SO 42--2e -=PbSO 4 放电 充电 I 、镍 镉（Ni Cd ）可充电电池； 放由 Cd+2NiO （OH ）+2H 2O .放电* Cd （OH 》+2Ni （OH ） 2 阳E 移 还原反应 2H ++2e -=2H 2 f

第四章 电化学基础知识点总结

第四章电化学基础 第一节原电池 原电池： 1、概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池 2、组成条件：①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 3、电子流向：外电路：负极——导线——正极 内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。 4、电极反应：以锌铜原电池为例： 负极：氧化反应：Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属） 正极：还原反应：2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 5、正、负极的判断： （1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。 （2）从电子的流动方向负极流入正极 （3）从电流方向正极流入负极 （4）根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极，阴离子流向负极 （5）根据实验现象①__溶解的一极为负极__②增重或有气泡一极为正极 第二节化学电池 1、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池 2、化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置 3、化学电池的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 一、一次电池 1、常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等 二、二次电池 1、二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。 2、电极反应：铅蓄电池 放电：负极（铅）：Pb＋SO 4 2-－2e-＝PbSO4 正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋SO 4 2-＋2e-＝PbSO4＋2H2O 充电：阴极：PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+＋SO 4 2- 阳极：PbSO4＋2e-＝Pb＋SO 4 2- 两式可以写成一个可逆反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 3、目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池 三、燃料电池 1、燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 2、电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。 当电解质溶液呈酸性时：负极：2H 2 －4e-=4H+ 正极：Ｏ2＋4 e-4H+ =2H2O 当电解质溶液呈碱性时：负极：2H 2＋4OH-－4e-＝4H 2 O正极：Ｏ2＋2H2O＋4 e-＝4OH- 另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。电极反应式为： 负极：CH4＋10OH－－8e-＝CO32-＋7H2O；正极：4H2O＋2O2＋8e-＝。 电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 3、燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低 四、废弃电池的处理：回收利用

质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池 学院：材料科学与工程学院 班级： 13应用物理 组员：方毅、罗烈升 学号：0120；0121 指导老师：孙良良（博士） 时间： 2016年5月28日

目录PEMFC的结构 (3) PEMCD的工作原理 (3) 质子交换膜 (4) PEMC的优点 (4) PEMFC的应用前景 (5) PEMFC的发展概况 (6)

PEMFC的结构 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，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。工作时相当于一直流电源，其阳极即电 源负极，阴极为电源正极。如图1 PEMFC的工作原理 图1 燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由三部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图2。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。 其工作原理如下： 1）氢气通过管道或导气板到达阳极。 2）在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢 质子，并释放出2个电子，阳极反应为： 2H 2 -4e-=4H+ Eθ= 0. 000 V。 3）在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气 板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过 外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为： O 2+4H++4e-=2H 2 O Eθ= 1. 234 V 总的化学反应为：图2 1/2 O 2+ H 2 =H 2 O Eθ cell = 1. 234 V 电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供

质子交换膜燃料电池的研究

第4卷 第3期1998年8月 电化学 EL ECT ROCHEM IST RY V ol.4 No.3 Aug.1998质子交换膜燃料电池的研究 葛善海** 衣宝廉* 徐洪峰 韩 明 邵志刚 (中国科学院大连化学物理研究所 大连116023) 摘要 通过测定电压~电流密度曲线等方法研究质子交换膜燃料电池的电极参数,构造了 E cell=0.7V,I=0.55A/cm2并能够稳定运行的燃料电池.改进电池的电极结构,研究了各种操作 条件如温度、压力、增湿情况、尾气流量等对电池性能的影响. 关键词 质子交换膜,燃料电池,电极 质子交换膜燃料电池(PCMFC)是继碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)而发展起来的第五代燃料电池.PEM FC的电极为多孔气体扩散电极,以纯铂或碳载铂作电催化剂,电解质为全氟磺酸型固体聚合物,氢气为燃料,氧气或空气为氧化剂.由于PEMFC可以低温起动,无电解质腐蚀问题,对环境没有污染以及具有高的能量效率和高的功率密度[1],PEM FC最有希望成为电动汽车的动力源[2],从本世纪八十年代起,包括美国、加拿大、日本等许多发达国家竞相开展PEM FC的研究工作[3~8].本文简介了我们的PEMFC研究结果. 1 实 验 1.1 电池的组装 质子交换膜燃料电池的结构如图1所示,膜、电极三合一组件的两侧各放一张或数张经憎水化处理的拉伸钛网或镍网,网的作用是搜集电流.垫片为聚四氟乙烯垫片或橡胶垫片,两块极板为不锈钢板. 1.2 工艺流程 质子交换膜燃料电池工作的工艺流程如图2所示:氢气和氧气经减压后进入各自的增湿器增湿后进入电池,电化学反应产物水随着尾气排出电池,尾气经冷却气水分离后排空,水经搜集后排放,电池和两个增湿器的温度分别由温度自动控制器控制,外电路系统接可变电阻器以控制电流输出.作电池的循环伏安实验时,外电路系统可与微机连接,微机将自动记录电池的循环伏安曲线,微机同样可以记录在稳定电流下,电池电压变化情况. 2 实验结果与讨论 本文1997 07 21收到,1997 09 30收到修改稿 * 通讯联系人; **现在大连理工大学化工学院

电化学基础知识点(大全)

【知识点】 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 负极 铜锌原电池 正极 还原反应 反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 电解质溶液 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=Zn 2+ 正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2↑ ①、普通锌——锰干电池 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2↑ 干电池： 电解质溶液：糊状的NH 4Cl 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 ②、碱性锌——锰干电池 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加）； 电解液：由中性变为碱性（离子导电性好）。 正极（PbO 2） PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O 负极（Pb ） Pb+SO 42--2e -=PbSO 4 铅蓄电池：总反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 电解液：1.25g/cm 3~1.28g/cm 3的H 2SO 4 溶液 蓄电池 特点：电压稳定。 Ⅰ、镍——镉（Ni ——Cd ）可充电电池； 其它蓄电池 Cd+2NiO(OH)+2H 2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Ⅱ、银锌蓄电池 锂电池 ①、燃料电池与普通电池的区别 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时 燃料 电极反应产物不断排出电池。 电池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。 负极：2H 2+2OH --4e -=4H 2O ；正极：O 2+2H 2O+4e -=4OH - ③、氢氧燃料电池： 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O 特点：转化率高，持续使用，无污染。 废旧电池的危害：旧电池中含有重金属（Hg 2+）酸碱等物质；回收金属，防止污染。 失e -,沿导线传递，有电流产生 溶解 不断 移 向 阳离 子 化 学电源简介 放电 充电 放电 放电`

第四章电化学基础知识点归纳.doc

第四章电化学基础知识点归纳 一、原电池课标要求1、掌握原电池的工作原理2、熟练书写电极反应式和电池反应方程式要点精讲1、原电池的工作原理（1）原电池概念：化学能转化为电能的装置，叫做原电池。若化学反应的过程中有电子转移，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向的移动，即形成电流。只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。（2）原电池装置的构成①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极。②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。（3）原电池的工作原理原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，简易记法：负失氧，正得还。2、原电池原理的应用（1）依据原电池原理比较金属活动性强弱①电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。②在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。③原电池的正极通常有气体生成，或质量增加；负极通常不断溶解，质量减少。（2）原电池中离子移动的方向①构成原电池后，原电池溶液中的阳离子向原电池的正极移动，溶液中的阴离子向原电池的负极移动；②原电池的外电路电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。注：外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极；内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3、原电池正、负极的判断方法：（1）由组成原电池的两极材料判断一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。（2）根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。（3）根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。（4）根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。（5）根据电极质量增重或减少来判断。工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极（正极）放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。（6）根据有无气泡冒出判断电极上有气泡冒出，是因为发生了析出h2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。本节知识树原电池中发生了氧化还原反应，把化学能转化成了电能。 二、化学电源课标要求1、了解常见电池的种类2、掌握常见电池的工作原理要点精讲1、一次电池（1）普通锌锰电池锌锰电池是最早使用的干电池。锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极），内部填充的是糊状的mno2和nh4cl。电池的两极发生的反应是： （2）碱性锌锰电池用koh电解质溶液代替nh4cl作电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的电极反应如下： （3）银锌电池――纽扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为ag2o和zn，电解质为koh溶液。其电极反应式为：3

质子交换膜燃料电池zha

质子交换膜燃料电池 交通092 沈明存 200902120526 摘要：燃料电池是一种将化学能通过化学反应直接转化成电能的装置。PEMFC作为新一代发电技术，以其特有的高效率和环保性引起了全世界的关注，极具开发和利用价值。随着PEMFC的技术不断提高和成本逐步降低，燃料电池在市场上将逐步获得应用。 关键词：质子交换膜燃料电池，PEMFC，分散电站 质子交换膜燃料电池的结构 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，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。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极 质子交换膜燃料电池工作原理 燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由三部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图2。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。

其工作原理如下： 1）氢气通过管道或导气板到达阳极。 2）在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为： H2→2H++2e。 3）在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或 导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2 O2+2H++2e→H2O 总的化学反应为：H2+1/2O2＝H2O 电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。 燃料电池的优点 1）高效转化——它不通过热机过程，不受卡诺循 环的限制，通过氢氧化合作用，直接将化学能转化为 电能，其能量转化效率在40～60% ；如果实现热电联 供，燃料的总利用率可高达 80% 以上； 2）启动迅速——低温快速启动，化学反应迅速， 适应负载变化；

电化学基础知识点总结

装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 还原反应 反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 1．下列变化中，属于原电池反应的是( ) A ．在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B ．镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C ．红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层 D ．铁与稀H 2SO 4反应时，加入少量CuSO 4溶液时，可使反应加速 2．100 mL 浓度为2 mol/L 的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的量，可采用的方法是( ) A ．加入适量的6 mol/L 的盐酸 B ．加入数滴氯化铜溶液 C ．加入适量的蒸馏水 D ．加入适量的氯化钠溶液 3．称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，按下列要求另加物质后，塞上塞子，定时测定生成氢气的体积。甲加入50 mL pH ＝3的盐酸，乙加入50 mL pH ＝3的醋酸，丙加入50 mL pH ＝3的醋酸及少量胆矾粉末。若反应终了，生成氢气的体积一样多，且没有剩余的锌。请用“＞”“＝”或“＜”回答下列各题。 (1)开始时，反应速率的大小为__________。 (2)三支试管中参加反应的锌的质量为__________。 (3)反应终了，所需时间为__________。 (4)在反应过程中，乙、丙速率不同的理由是(简要说明)__________。 失e -,沿导线传递，有电流产生

新人教版高中化学选修4知识点总结：第四章电化学基础

电化学基础 一、原电池 课标要求 1、掌握原电池的工作原理 2、熟练书写电极反应式和电池反应方程式 要点精讲 1、原电池的工作原理 （1）原电池概念：化学能转化为电能的装置，叫做原电池。 若化学反应的过程中有电子转移，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向的移动，即形成电流。只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。 （2）原电池装置的构成 ①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极。 ②电极材料均插入电解质溶液中。 ③两极相连形成闭合电路。 （3）原电池的工作原理 原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，简易记法：负失氧，正得还。 2、原电池原理的应用 （1）依据原电池原理比较金属活动性强弱 ①电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。

②在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。 ③原电池的正极通常有气体生成，或质量增加；负极通常不断溶解，质量减少。 （2）原电池中离子移动的方向 ①构成原电池后，原电池溶液中的阳离子向原电池的正极移动，溶液中的阴离子向原电池的负极移动； ②原电池的外电路电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。 注：外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极； 内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 3、原电池正、负极的判断方法： （1）由组成原电池的两极材料判断 一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）根据电流方向或电子流动方向判断。 电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。 （3）根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断 在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 （4）根据原电池两极发生的变化来判断 原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。 （5）根据电极质量增重或减少来判断。 工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极（正极）放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。 （6）根据有无气泡冒出判断 电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。 本节知识树

质子交换膜燃料电池的基本结构

质子交换膜燃料电池的基本结构（一） 如图1所示，质子交换膜燃料电池的基本结构主要由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板（又称双极板）组成。聚合物电解质膜被碳基催化剂所覆盖，催化剂直接与扩散层和电解质两者接触以求达到最大的相互作用面。催化剂构成电极，在其之上直接为扩散层。电解质、催化剂层和气体扩散层的组合被称为膜片-电极组件。 ①质子交换膜质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的核心部件，是一种厚度仅为50～180 um的薄膜片，其微观结构非常复杂。它为质子传递提供通道，同时作为隔膜将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔开，其性能好坏直接影响电池的性能和寿命。它与一般化学电源中使用的隔膜有很大不同，它不只是一种隔离阴阳极反应气体的隔膜材料，还是电解质和电极活性物质（电催化剂）的基底，即兼有隔膜和电解质的作用；另外，PEM还是一种选择透过性膜，在一定的温度和湿度条件下具有可选择的透过性，在质子交换膜的高分子结构中，含有多种离子基团，它只容许氢离子（氢质子）透过，而不容许氢分子及其他离子透过。 (a) PEMFC的基本结构 (b)质子交换膜燃料电池组的外观 图1 质子交换膜燃料电池的基本结构 质子交换膜燃料电池对于质子交换膜的要求非常高，质子交换膜必须具有良好的质子电导率、良好的热和化学稳定性、较低的气体渗透率，还要有适度的含水率，对电池工作过程中的氧化、还原和水解具有稳定性，并同时具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合的性能。 质子交换膜的物理、化学性质对燃料电池的性能具有极大的影响，对性能造成影响的质子交换膜的物理性质主要有：膜的厚度和单位面积质量、膜的抗拉强度、膜的含水率和膜的溶胀度。质子交换膜的电化学性质主要表现在膜的导电性能（电阻率、面电阻，电导率）和选择通过性能（透过性参数P）上。 a．膜的厚度和单位面积质量。膜的厚度和单位面积质量越低，膜的电阻越小，电池的

超级电容器材料电化学电容特性测试

华南师大学实验报告 学生:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月19日-26日实验指导老师：易芬云组员：吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理； 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。

图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。

质子交换膜燃料电池的发展现状

质子交换膜燃料电池的发展现状 发布日期：2015-05-30 来源: 中国电池网查看次数: 1093 作者：[db:作者] 核心提示：1雨口。燃料电池尔，是种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过屯极反应直接转换成电能的装置。它的最大特点适山厂反应过程不涉及到燃料，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换率高达6080， 1雨口。 燃料电池尔，是种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过屯极反应直接转换成电 能的装置。它的最大特点适山厂反应过程不涉及到燃料，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换率高达6080，实际使用效率则是普通内燃机的2倍。另外它还具有燃料多样化环境污染小噪音低可靠性及维修性好等质子交换膜燃料电池，是作为继碱性燃料电池人阢磷酸燃料电池人阢熔融碳酸益燃料屯池况和叫体氧化物燃，电池60阢之后发展起来的第代燃料电池，由于采用了固态电解质高分子膜作为电解质，因此具有能量转换率高低温启动无电解质泄露等特点，也因此被公认为最有希望成为航天军事电动汽车和区域性电站的首选电源。 2质子交换膜燃料电池的发展历史质子交换膜燃料电池的发展历史起源于20世纪60年代初美国的，公司为，研制的空间电源，采用的是况的，0，作为双子星座宇宙飞船的辅助电源，尽管，兀的性能现良好，但是由于当时该项技术处于起步阶段，仍存在许多问，如功率密度较低5，聚苯乙烯磺酸膜的稳定性较差，寿命仅为500左右；泊催化剂月叫太尊因此在以后的人也计划等空间应用中必人选用了当时技术比较成熟1962年美国杜邦公司开发出新型性能优良收稿日期20009收稿。 公司将其用于，而0使电池寿命大幅度延长。 但是由于怕催化剂用量太尚和膜的价格昂贵以及电池必须采用纯氧气作为氧化剂，使得厕冗的开发长时间是以军用为目的，限制了该项技术的广泛应用进入20世纪80年代 以后，以军事应用为目发展。以美国加拿大和德国为首的发达国家纷纷投入巨资开展，碰阢技术的研究开发工作，使得厕兀技术日趋成熟。 20世纪90年代初期，特别是近几年，随着人们对日趋严重的环境污染问的认识 加深，0灰技术的开发逐渐由军用转向民用，被认为是第代发电技术和汽车内燃机的最有希望的替代者。 3质子交换膜燃料电池的爻键技术，肫渌，类燃料电池结构类以，由1极，极和 质子交换脱以及双极板构成。其中双极板起到传递气体和反应物的功能；阳极和阴极1载有电催化剂，燃料和氧化剂分别在此完成气体，和分隔燃料和氧化剂的功能。它们的结构和性能对，刚扣整体的性能起到了决定性的作用，因此围绕着这些部件开展的研宄设计工作也构成3.1高效新型电催化剂的研究电极催化剂是使燃料和氧化剂完成氧化和还原反应不可缺 少的条件，目前，饕，捎，铀作为电催化剂，它对于两个电极反应都具有催化活性，而且可以长期使用，但是，由于钿的价格昂贵，资源匮乏，使，的成本居高不下，限制了其大规模应用。因此对于阴极催化剂研宄重点方面是改进电极结构，提高催化剂利用率另方面是寻找高效价廉的可替代贵金属的催化剂；对于阳极催化剂除了具有阴极催化剂的性能以外，还应具有抗中毒的能力。 目前中广泛采，作催化剂，屯极是根据1在20世纪80年代中后期开发出究，使聪电极的钔我故进步降低到13，2，1995年印度电化学能源研究中心采用喷涂浸渍法将钔 载愿降至，坪⑴，性能，与，以，2我怕1的电极相当，最近，加大巴拉德公4宣布采用种

质子交换膜燃料电池生产制造项目可行性研究报告

质子交换膜燃料电池生产制造项目 可行性研究报告 规划设计 / 投资分析

摘要 质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，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，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子 则从导线通过。质子交换膜燃料电池下游应用领域主要分为三大块，首先 是便携式电源领域，这一领域由于对质子交换膜燃料电池的使用量相对较少，因此整体占比较小，约为4.2%；其次是固定式发电领域，这一领域是 质子交换膜燃料电池的主要应用领域，应用规模较大，在整体的需求中占 比较大，约为78.8%；再次是交通运输领域，近年来，随着新能源汽车等的不断发展，质子交换膜燃料电池在交通运输领域的应用越来越多，占比也 在逐渐增加2017年的占比约为17.0%。 该质子交换膜燃料电池项目计划总投资15362.48万元，其中：固定资 产投资12830.24万元，占项目总投资的83.52%；流动资金2532.24万元，占项目总投资的16.48%。 达产年营业收入17310.00万元，总成本费用13737.69万元，税金及 附加240.55万元，利润总额3572.31万元，利税总额4305.59万元，税后 净利润2679.23万元，达产年纳税总额1626.36万元；达产年投资利润率23.25%，投资利税率28.03%，投资回报率17.44%，全部投资回收期7.23年，提供就业职位290个。

努力做到合理布局的原则：力求做到功能分区明确、生产流程顺畅、交通组织合理，环境保护良好，空间处理协调，厂容厂貌整洁，有利于生产管理和工程分区建设。 基本情况、背景和必要性研究、项目市场调研、产品规划方案、选址分析、项目工程设计说明、项目工艺及设备分析、环境保护可行性、安全规范管理、风险应对说明、节能方案、项目实施计划、项目投资可行性分析、项目经营收益分析、评价及建议等。