燃料電池種類工作原理及結構

燃料電池〔FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的看有正負極和電解質等，像一個蓄電池,但實質上它不能“儲電“而是一個“發(fā)電廠”.薄膜所構成。氫氣由陽極進入供給燃料,氧氣〔或空氣〕由陰極進入電池。電池經由催化劑的作用,使得陽極的氫原子分解成氫質子 (proton〕與電子〔electron〕,其中質子進入電解液中,被氧“吸引”到薄膜的另一邊，電子經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。利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，為一種”發(fā)電機“。

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，該燃料電池就會連續(xù)不斷地產生電能.燃料電池的分類按燃料電池的運行機理分如磷酸燃料電池〔PAFC)和液態(tài)氫氧化鉀燃料電池(LPHFC).按電解質種類分體電解質的燃料電池。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〕和質子交換膜燃料電池(PEMF〔PAFC可以冷起動和快起動,可以用作為移動電源，適應燃料電池電動汽車(FCEV)使用的要求,更加具有競爭力。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進展最快的一種電池,主要為空間任務,包括航天飛機供給動力和飲用水。陽極反響:2H2+4OH—→4H2O+4e-陰極反響：O2+2H2O+4e-→4OH—總反響:O2+2H2→2H2O80℃。因此，它們的啟動也很快，但其電力密度卻比質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笨拙.不過，它們是燃料電池中生產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反響生成碳酸鉀降低電池的性能。負載氫氣 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，Pt/C作催化劑,工作溫度200℃。磷酸燃料電池〔PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)極為正、負電極的中溫型燃料電池.可以在150～220℃工作。具有電解質穩(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，這種鹽就會溶化，產生碳酸根離子,從陰極流向陽極，與氫結合生成水,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：①在工作溫度下，MCFC可以進展內部重整燃料，例如在陽極反響室進展甲烷的重反響,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燃料重整時產生的CO可以作為MCFC的燃料，且由于MCFC為高溫燃料電池，不會受到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質子交換膜燃料電池〔PEMFC)質子交換膜燃料電池PEMFC是一種燃料電.其單,陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑復原的場所，兩極都含有加速電極電化學反響的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當于始終,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、陽極和電解質的復合體。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，同時質子導體也無法進入多孔氣體電極的內部。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)高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學膜燃料電池(PEMFC〕一樣得到廣泛普及應用〔鉆石氧化物.他們需要承受相應的材料和過程處理技術，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，而不用使用液體電解質.其工作溫度位于800—1000℃之間。陰極反響O2+4