燃料電池種類工作原理及結(jié)構(gòu)

燃料電池〔FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電“而是一個(gè)“發(fā)電廠”.薄膜所構(gòu)成。氫氣由陽極進(jìn)入供給燃料,氧氣〔或空氣〕由陰極進(jìn)入電池。電池經(jīng)由催化劑的作用,使得陽極的氫原子分解成氫質(zhì)子 (proton〕與電子〔electron〕,其中質(zhì)子進(jìn)入電解液中,被氧“吸引”到薄膜的另一邊，電子經(jīng)由外反響形成水分子。這正是水的電解反響的逆過程,因此水是燃料電池唯一的排放物。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，為一種”發(fā)電機(jī)“。

H 2H-2 12e陰極反響 2H2e O HO總反響 2H2

2

2 22HO2伴隨著電池反響,電池向外輸出電能。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能.燃料電池的分類按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分如磷酸燃料電池〔PAFC)和液態(tài)氫氧化鉀燃料電池(LPHFC).按電解質(zhì)種類分體電解質(zhì)的燃料電池。即堿性燃料電池〔AFC)、磷酸燃料電池(PAF、熔融碳酸鹽燃料電池〔MCFC)、固體氧化物燃料電池〔SOFC〕和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMF〔PAFC可以冷起動(dòng)和快起動(dòng),可以用作為移動(dòng)電源，適應(yīng)燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)使用的要求,更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。按燃料類型分可分為直接型燃料電池、間接型燃料電池和再生型燃料電池.按工作溫度分200℃；中溫型，200—750℃;750℃。質(zhì)子交換膜燃料電池〔PEMFC〕和固體氧化物燃料電池(SOFC〕在高溫下復(fù)合廢熱回收裝置來利用廢熱，體積大。1堿性染料電池堿性燃料電池是該技術(shù)進(jìn)展最快的一種電池,主要為空間任務(wù),包括航天飛機(jī)供給動(dòng)力和飲用水。陽極反響:2H2+4OH—→4H2O+4e-陰極反響：O2+2H2O+4e-→4OH—總反響:O2+2H2→2H2O80℃。因此，它們的啟動(dòng)也很快，但其電力密度卻比質(zhì)子交換膜燃料電池的密度低十來倍，在汽車中使用顯得相當(dāng)笨拙.不過，它們是燃料電池中生產(chǎn)本錢最低的一種電池，因此可用于小型的固定發(fā)電裝置。銘感。此外，其原料不能含有一氧化碳,由于氧化電流 碳能與氫氧化鉀電解質(zhì)反響生成碳酸鉀降低電池的性能。負(fù)載氫氣 氧氣 2。磷酸燃料電池〔PAFC〕H 水陽極 磷酸 陰極圖9-10磷酸燃料電池構(gòu)造和工作原理陽極反響：H2+2e—→2H+

PAFC承受重整自然氣作燃料,空氣作氧化劑,浸有濃磷酸的SiC微孔膜作電解質(zhì)，Pt/C作催化劑,工作溫度200℃。磷酸燃料電池〔PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)極為正、負(fù)電極的中溫型燃料電池.可以在150～220℃工作。具有電解質(zhì)穩(wěn)定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO種接近商品化的民用燃料電池。陰極反響：1/2O2+2H+→H2O+2e—總反響：1/2O2+H2→H2OPAFC是目前單機(jī)發(fā)電量最大的一種燃料電池。PAFC的工作溫度一般為20040％，為保證電池工作穩(wěn)定，必需連續(xù)地排解廢熱.3〔MCFC〕工作溫度可達(dá)650高，但材料需求的要求也高。溶化的碳酸鹽燃料電池與上述爭(zhēng)論的燃料電池差異較大，這種電池不是使用溶化的鋰鉀碳酸鹽就是使用鋰鈉碳酸鹽650℃時(shí)，這種鹽就會(huì)溶化，產(chǎn)生碳酸根離子,從陰極流向陽極，與氫結(jié)合生成水,二氧化碳和電子。電子然后通過外部回路返回到陰極,在這過程中發(fā)電。陽極反響：CO32—+H2→H2O+CO2+2e—陰極反響：CO2+1/2O2+2e-→CO32-電池反響：O2+2H2→2H2O四大優(yōu)勢(shì)：①在工作溫度下，MCFC可以進(jìn)展內(nèi)部重整燃料，例如在陽極反響室進(jìn)展甲烷的重反響,重整反響到所需熱量由電池反響的余熱供給;②MCFC650~700℃，其余熱可供暖;③燃料重整時(shí)產(chǎn)生的CO可以作為MCFC的燃料，且由于MCFC為高溫燃料電池，不會(huì)受到CO的中毒催化劑的威逼；④催化劑為鎳合金,不使用貴金屬。4質(zhì)子交換膜燃料電池〔PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC是一種燃料電.其單,陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑復(fù)原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反響的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)相當(dāng)于始終,陰極為電源正極.兩電極的反響分別為：陽極反響：H2→2H++2e—:1/2O2+2H++2e-→H2O電池反響：H2+1/2O2→H2OPEMFC換膜和其兩側(cè)各一片多孔氣體集中電極〔涂有催化劑的多孔碳布)組成的陰、陽極和電解質(zhì)的復(fù)合體。與AFC、PAFC相比，PEMFC保持電極與PEMFC的膜為高分子聚合物，僅靠電池組裝力不能使電極與離子交換膜之間有良好的接觸，同時(shí)質(zhì)子導(dǎo)體也無法進(jìn)入多孔氣體電極的內(nèi)部。于是必需制備電極-膜-電極化溫度下施加肯定壓力，將以參加全氟磺酸樹脂的氫電極〔陽極、隔膜〔全氟磺酸型質(zhì)子交換膜)和已參加全氟磺酸樹脂的氧電極〔陰極〕壓和在一起,形成了電極-膜-電極三合一組件5固體氧燃料電池〔SOFC)固體氧化物燃料電池〔SolidOxideFuelCell，SOFC)高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)膜燃料電池(PEMFC〕一樣得到廣泛普及應(yīng)用〔鉆石氧化物.他們需要承受相應(yīng)的材料和過程處理技術(shù)，由于電池的工作溫度約為1000℃.固態(tài)氧化物燃料電池工作溫度比溶化如用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯等固態(tài)陶瓷電解質(zhì)，而不用使用液體電解質(zhì).其工作溫度位于800—1000℃之間。陰極反響O2+4