10 燃料电池材料.doc

燃料电池(FuelCell)是能量转换装置。燃料电池的工作原理。燃料气(氢气,甲烷等)在阳极催化剂的作用下发生氧化反应,生成阳离子并给出自由电子;氧化物(通常为氧气)在阴极催化剂的作用下发生还原反应,得到电子并产生阴离子;阳极产生的阳离子或者阴极产生的阴离子通过质子导电而对电子绝缘的电解质运动到相对应的另外一个电极上,生成的反应物随未反应完全的反应物一起排到电池外,与此同时,电子通过外电路由阳极运动到阴极,使整个反应过程达到物质的平衡与电荷的平衡,外部用电器就获得了燃料电池所提供的电能。燃料电池的基本组成。燃料电池的基本组成有:电极、电解质、燃料和催化剂。二个电极被一个位于这它们之间的、携带有充电电荷的固态或液态电解质分开。燃料电池的分类。按电解质的种类不同,有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)AFC电池使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。PAFC电池以磷酸为电解质,通常位于碳化硅基质中。MCFC电池采用碱金属(Li、Na、K)的碳酸盐作为电解质。燃料电池的特点。环保:清洁、环保。不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SOx、NOx气体和固体粉尘的排放。高效:由于其转化过程没有经过热机过程,因此效率高。适用性:由于污染小,无噪音,可靠,可使用于终端用户,因而可减少各种损失,并节省设备投资。燃料多样性:燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。碱性燃料电池的电极反应方程式。负极反应:正极反应:碱性燃料电池的工作温度大约80℃。碱性燃料电池的优点。①效率高,因为氧在碱性介质中的还原反应比其他酸性介质高;②因为是碱性介质,可以用非铂催化剂;③因工作温度低,碱性介质,所以可以采用镍板做双极板。碱性燃料电池的缺点。①因为电解质为碱性,易与CO2生成K2CO3、Na2CO3沉淀,严重影响电池性能,所以必须除去CO2,这给其在常规环境中应用带来很大的困难。②电池的水平衡问题很复杂,影响电池的稳定性。碱性燃料电池中,空气能否作为氧化剂。为什么?其原料不能含有二氧化碳,因为二氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾,降低电池的性能。低温碱性燃料电池存在易受CO2毒化等缺陷,使其在汽车上的应用受到限制。碱性燃料电池(AFC)是最早开发并获得成功应用的燃料电池,其在汽车上的应用受到限制的原因。碱性燃料电池的电解质为碱性;空气中CO2易与碱性电解质反应生成碳酸钾,严重影响电池性能。磷酸燃料电池(PAFC)是以浓磷酸为电解质,以贵金属催化的气体扩散电极为正、负电极的中温型燃料电池。磷酸型燃料电池的特点。(1)发电效率在35%—43%之间,大容量电站效率较高些。热电联供时,总效率为71%-85%;(2)洁净、对环境污染小,没有(或很小)转动部件,振动和噪声污染也很小;(3)随着技术不断改进,PAFC电站,特别是50kW和200kW电站,其无故障连续运行时间在不断加长。(4)满负荷运行可达到40000h,电池的输出电压的降低不大于10%,(5)装置紧凑,检修空间小,维修困难。(6)PAFC电站可使用各种气态或液态燃料,主要是使用天然气或液化天然气,也可以使用液化石油气、煤油、沼气等。(7)降低造价与技术的改进、标准化和大规模