碱性燃料电池简介

1、碱性燃料电池碱性燃料电池 原理与应用展望 简介 碱性燃料电池（碱性燃料电池（AFC）是以碱性溶液为电解质， 将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为 电能的发电装置。是最早获得应用的燃料电池， 由于其电解质必须是碱性溶液，因此而得名碱 性燃料电池。在1973年成功地应用于Apollo登 月飞船的主电源，使人们看到了燃料电池的诱 人前景。但近年来汽车等行业普遍使用的却是 离子交换膜燃料电池（PEMFC）等.对此,进行 分析、研究与展望。 AFC结构示意图 1.1 原理、材料 在AFC中，浓KOH溶液既当作电解液，又作为 冷却剂。它起到从阴极到阳极传递OH-的作用， 氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成

2、本低，易溶 解，腐蚀性低，而成为首选电解质。导电离子 为OH-，燃料为氢 AFC的催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和 过渡金属镍、钴、锰等。 原理反应式及电位计算 其反应原理如下其反应原理如下： 阳极反应：H2+2OH- 2H2O+2e- 标准电极 电位为-0.828V 阴极反应：1/2O2+H2O+2e- 2OH- 标准 电极电位为0.401V 总反应： 1/2O2 +H2 H2O 理论电动势为 0.401-（-0.828）= -1.229V AFC实物图 上世纪六十年代用于航天器的AFC 优点 a.从耐电解液性方面来看，不必使用价格昂贵 的铂系催化剂。氢电极可采用镍系催化剂，氧 电极可采用

3、银系催化剂。 b.工作温度在100以下，启动快，且电池的 构成材料的选择范围广,造价低。 c.与其他燃料电池相比，碱性燃料电池系统具 有较高的电效率（60%90%）。 缺点 a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有 CO2的气体接触，电解液中就会生成碳酸根离 子，如含量超过30%，输出功率便会急剧下降。 因此必须配置CO2除去装置，这样势必要提高 造价。 b.为保持一定的电解液浓度，需要进行适当的 控制，因而使系统复杂化，成本增高。 c.由于低温工作，所以废热利用困难。另外， 冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小，因 此体积变大。 1.4 改进措施 电电化学法除去化学法除去CO2 CO2可通

4、过电化学方法消除。在碳酸盐形成后，将 AFC在短时间内运行在高电流条件下，可大大降低 阳极附近的OH一浓度，碳酸盐的浓度相对增大， 形成H2C03，并分解，释放出CO2，达到消除的目 的。这种方法简单易行，无须增加任何辅助设备。 使使用循环电解液用循环电解液 MCifrain等提出循环电解液的方法。通过更新电 解液，将电解液中生成的碳酸盐去除，并不断添加 作为载流子的OH一，减弱了碳酸盐析出对电极的 机械破坏，保证了充足的载流子的数量，还有利于 水和热的管理，使AFC可高效、长时间工作。此方 法的缺陷是增加了AFC的复杂性。 1.5应用领域 碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K） 和低温

5、（工作温度低于373K）两种。 中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目 上的电源，经过几十年的应用，被证明是安全 可靠的太空电源 低温碱性燃料电池是今后开发的重点，其应用 目标是便携式电源和交通工具用动力电源。 结论 AFC具有效率高、启动快、价格低廉的优点， 仍然具有一定的发展潜力。尤其是近年来AFC 的CO2毒化问题已基本解决，且氨的使用也为 AFC的应用展开了一片较好的前景。 AFC和PEMFC各有所长，今后在重点发展 PEMFC的同时，也应对AFC进行更深入的研究， 进一步挖掘AFC的潜力。 参考文献 1张姝.毕剑.赖欣.高道江 AFC电催化剂的研究 进展 期刊论文 -电池2006(06) 2韩家军.李宁.张天云.魏琦峰 AF