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燃料电池距我们有多远?

汇新范文论文网 http://www.dansinsms.cn 2019-11-25 20:07 出处:网络 编辑:





 摘要:目前,燃料电池是全球能源领。域的开发热点。介绍了燃料电池的原理、分类、特点及研发和应用现状,燃料电池作为新的清洁能源应用前景。广阔,但目前仍处于研发和示范阶段,距广泛商业。化阶段还有相当的距离。

    关键词:燃料电池;分类;研究;应用现状


引言


国际能。源界预测,本世纪氢能将得到广泛的应用,而燃料电池将成为利用氢能的重要途径。燃料电池是继水力、火力、核能之后的第四代发电装置,它是可以替代内燃机的动力装置。燃料电池具有安全、高效、无污染、适用广、无噪声等特点,已成为。当今世界能源领域的开发热点。


1 基本原理


普通电池是将电池内部的化学能转变成电能,而燃料电池是将电池外部的燃料(氢和氧)通过化学。反应,将。其释放的能量转变成电能输出。燃料电池外部的燃料存储系统是一个。活动装置,可以方便地更换和补充燃料。


燃料电。池的基本原理是水的电解的逆反。应。它。由正极、负极和夹在正负极中间的电解质组成。工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(空气),在电极上常使用催化剂(例如白金)来加速电化学反应。氢在负极分解成正离子H+和电子e。氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上,空气中的氧同电解液中的。氢。离子吸收抵达正极上的电。子形成水。


2 燃料电池的种类及其特点


2.1 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fu。el Cells—PEMFC)


该电池的电解质为离子交换膜,薄膜的表面涂有可以加速。反应的催化剂。(如白金),其两侧分别供应氢气及氧气。由于PEM燃料电池的唯一液体。是水,因此腐蚀问题很小,且操作温度介于8。0℃~100℃之间,安全上的顾虑较低;其缺。点是,作为催化剂的白金价格昂贵。PEMFC是轻型。汽车和家庭应用的理想电力能源,它可以替代充电电池。2?2碱性燃料电池(AlkalineFuelC。ells—AFC)


碱性燃料电池的设计与质子交换膜燃料电池的设计基本相似,但其电解质为稳定的氢氧化钾基质。操作时所需温度并不高,转换效率好,可使用的催化剂种类多且价格便宜,例如银、镍等。但是,在最近各国燃料电池开发中,却无法成为主要开发对象,其原因在于电解质必须是液态,燃料也必须是高纯度的氢才可以。目前,这种。电池。对于商业化应用来说过于昂贵,其主要为空间研究。服务,包括为航天飞机提。供动力和饮用水。


2.3 磷酸型燃料电池(Phosphoric Aci。d Fuel Cells—PAFC)


因其使用的电解质为100%浓度的磷。酸而得名。操作温度大约在150℃~220℃之间,因温度高所以。废热可回收再利用。其催化剂为白金,因此,同样面临白金价格昂贵的问题。到目前为止,该燃料电池大都使用在大型。发电机组上,而且已商业化生产,但是,成本偏高。是其未能迅速普及的主要原因。


2.4 熔融碳酸盐燃料电池((Molten Ca。rbonate FuelCells—MCFC)


其电解质为碳酸锂或碳酸钾等碱性碳酸盐。在电极方面,无论是燃料电极还是空气电极,都使用具有透气性的多孔质镍。操作温度约为600℃~700℃,因温度相当高,致使在常温下呈现白色固体状的碳酸盐熔解为透明液体。此型燃。料电池,不需要贵金。属当催化剂。因为操作温度高,废热。可回收。再利用,其发电效率高达75%~80%,适用于中央集中型发电厂,目前在日本和意大利。已有应用。


2.5 固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells。—SOFC)


其电解质为氧化锆,因含有。少量的氧化钙与氧化钇,稳定度较高,不需要催化剂。一般而言,此种燃料。电池操作温度约为1000℃,废热可回收再利用。固态氧。化物燃料电池对目前所有燃料电池都有的硫。污染具有最大的耐受性。由。于使用固态的电解质,这种电池比熔融碳酸盐燃料电池更稳定。其。效率约为60%左右,可供工业界用来发电和取暖,同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。缺点是构建该型电池的耐高温材料价格昂贵。


2.6 直接甲醇燃料电池(Direct Methanol FuelCells—DMFC)


直接甲。醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一。种变种,它直接使用甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢,然后如同标


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