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“质子交换膜燃料电池阴极氧化还原反应动力学的原位测定”虚拟仿真实验
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“质子交换膜燃料电池阴极氧化还原反应动力学的原位测定”虚拟仿真实验

1、概述燃料电池(FuelCells)是一种直接将化学能转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高、低污染、环境友好的突出优点,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术,当前正在成为各国政府与大公司研究和开发焦点。质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCells,PEMFC),是继碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)之后正在发展的第五代燃料电池。它除了具有其他燃料电池的一般特点外,同时还具有比功率与比能量高、可室温快速启动、无电解液腐蚀与溢漏问题等优点。因此,PEMFC在作为电动汽车动力源,移动式电源及分散电站等方面具有广阔的应用前景。众所周知,传统燃油汽车产生大量的废气污染;燃料电池技术作为交通运输的动力电源在对应对全球气候变化、实现温室气体零排放方面至关重要。2015年1月底全球首辆量产氢燃料电池车丰田Mirai在日本交货,预示着基于燃料电池技术电动车的商业化已经成熟。2017年,全球各国(地区/城市)燃油车禁售计划的提出更是进一步助推了当前燃料电池技术的产业化发展。2、工作原理PEMFC的工作原理如图所示: 1)在PEMFC阳极氢气通过阳极流场到达阳极,氢分子氧化生成质子(H+)和电子(e-)。2)质子通过质子交换膜传输到达阴极,电子则通过外电路做功后到达阴极。3)在PEMFC阴极,质子(H+)、电子(e-)与通过流场传输至阴极氧气反应生成水。阴、阳极反应式与电池总反应式如下:  3、我国燃料电池的发展概况氢燃料电池汽车,是我国新能源汽车产业一条重要的技术路线,是新能源汽车“三驾马车”之一。但是由于过去一段时间产业发展的重点主要集中于纯电动和插电式混合动力汽车上,导致氢燃电池汽车产业化进程比纯电动汽车慢了10年。在“蛰伏”了将近10年后,氢燃料电池汽车终于走到了台前。近两年,国内对氢能和燃料电池汽车的关注度得到前所未有的提高,从2018年初国家能源投资集团牵头,国家电网公司等多家央企参与的中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟的成立,到今年氢能首度被写入政府工作报告中。从地方政府到中央政府,对氢能和燃料电池汽车发展的重视程度已经被提到重要位置。4、燃料电池的虚拟实验Moolsnet团队和大连理工大学毛庆老师团队联合研制了“质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应动力学参数的原位测定”虚拟仿真实验。该实验是“PEMFC阴极氧还原反应动力学参数的原位测定”综合性教学实验的重要组成部分,是在“新工科”建设背景下,大连理工大学进行电化学工程专业方向实验教学改革的重要内容。该实验将“电化学原理”课程中Butler-Volmer方程的简化、动力学参数的实验测定方法,电化学热力学中平衡电极电位的确定,欠电势沉积技术,“循环伏安”、“交流阻抗”等电化学分析技术囊括在一个实践教学活动中,在电化学工程方向的实践教学中具有典型的示范意义。
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1、概述燃料电池(Fuel Cells)是一种直接将化学能转化为电能的发电装置,具有能量转化效率高、低污染、环境友好的突出优点,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术,当前正在成为各国政府与大公司研究和开发焦点。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC),是继碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)之后正在发展的第五代燃料电池。它除了具有其他燃料电池的一般特点外,同时还具有比功率与比能量高、可室温快速启动、无电解液腐蚀与溢漏问题等优点。因此,PEMFC在作为电动汽车动力源,移动式电源及分散电站等方面具有广阔的应用前景。众所周知,传统燃油汽车产生大量的废气污染;燃料电池技术作为交通运输的动力电源在对应对全球气候变化、实现温室气体零排放方面至关重要。2015年1月底全球首辆量产氢燃料电池车丰田Mirai在日本交货,预示着基于燃料电池技术电动车的商业化已经成熟。2017年,全球各国(地区/城市)燃油车禁售计划的提出更是进一步助推了当前燃料电池技术的产业化发展。

2、工作原理PEMFC的工作原理如图所示:

 

1)在PEMFC阳极氢气通过阳极流场到达阳极,氢分子氧化生成质子(H+)和电子(e-)。2)质子通过质子交换膜传输到达阴极,电子则通过外电路做功后到达阴极。3)在PEMFC阴极,质子(H+)、电子(e-)与通过流场传输至阴极氧气反应生成水。阴、阳极反应式与电池总反应式如下:

 

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3、我国燃料电池的发展概况

氢燃料电池汽车,是我国新能源汽车产业一条重要的技术路线,是新能源汽车“三驾马车”之一。但是由于过去一段时间产业发展的重点主要集中于纯电动和插电式混合动力汽车上,导致氢燃电池汽车产业化进程比纯电动汽车慢了10年。在“蛰伏”了将近10年后,氢燃料电池汽车终于走到了台前。近两年,国内对氢能和燃料电池汽车的关注度得到前所未有的提高,从2018年初国家能源投资集团牵头,国家电网公司等多家央企参与的中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟的成立,到今年氢能首度被写入政府工作报告中。从地方政府到中央政府,对氢能和燃料电池汽车发展的重视程度已经被提到重要位置。 4、燃料电池的虚拟实验Moolsnet团队和大连理工大学毛庆老师团队联合研制了“质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应动力学参数的原位测定”虚拟仿真实验。该实验是“PEMFC阴极氧还原反应动力学参数的原位测定”综合性教学实验的重要组成部分,是在“新工科”建设背景下,大连理工大学进行电化学工程专业方向实验教学改革的重要内容。该实验将“电化学原理”课程中Butler-Volmer方程的简化、动力学参数的实验测定方法,电化学热力学中平衡电极电位的确定,欠电势沉积技术,“循环伏安”、“交流阻抗”等电化学分析技术囊括在一个实践教学活动中,在电化学工程方向的实践教学中具有典型的示范意义。

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