燃料电池种类工作原理及结构

燃料电池〔FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的看有正负极和电解质等，像一个蓄电池,但实质上它不能“储电“而是一个“发电厂”.薄膜所构成。氢气由阳极进入供给燃料,氧气〔或空气〕由阴极进入电池。电池经由催化剂的作用,使得阳极的氢原子分解成氢质子 (proton〕与电子〔electron〕,其中质子进入电解液中,被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外反响形成水分子。这正是水的电解反响的逆过程,因此水是燃料电池唯一的排放物。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种”发电机“。

H 2H-2 12e阴极反响 2H2e O HO总反响 2H2

2

2 22HO2伴随着电池反响,电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能.燃料电池的分类按燃料电池的运行机理分如磷酸燃料电池〔PAFC)和液态氢氧化钾燃料电池(LPHFC).按电解质种类分体电解质的燃料电池。即碱性燃料电池〔AFC)、磷酸燃料电池(PAF、熔融碳酸盐燃料电池〔MCFC)、固体氧化物燃料电池〔SOFC〕和质子交换膜燃料电池(PEMF〔PAFC可以冷起动和快起动,可以用作为移动电源，适应燃料电池电动汽车(FCEV)使用的要求,更加具有竞争力。按燃料类型分可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池和再生型燃料电池.按工作温度分200℃；中温型，200—750℃;750℃。质子交换膜燃料电池〔PEMFC〕和固体氧化物燃料电池(SOFC〕在高温下复合废热回收装置来利用废热，体积大。1碱性染料电池碱性燃料电池是该技术进展最快的一种电池,主要为空间任务,包括航天飞机供给动力和饮用水。阳极反响:2H2+4OH—→4H2O+4e-阴极反响：O2+2H2O+4e-→4OH—总反响:O2+2H2→2H2O80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙.不过，它们是燃料电池中生产本钱最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。铭感。此外，其原料不能含有一氧化碳,由于氧化电流 碳能与氢氧化钾电解质反响生成碳酸钾降低电池的性能。负载氢气 氧气 2。磷酸燃料电池〔PAFC〕H 水阳极 磷酸 阴极图9-10磷酸燃料电池构造和工作原理阳极反响：H2+2e—→2H+

PAFC承受重整自然气作燃料,空气作氧化剂,浸有浓磷酸的SiC微孔膜作电解质，Pt/C作催化剂,工作温度200℃。磷酸燃料电池〔PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)极为正、负电极的中温型燃料电池.可以在150～220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO种接近商品化的民用燃料电池。阴极反响：1/2O2+2H+→H2O+2e—总反响：1/2O2+H2→H2OPAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。PAFC的工作温度一般为20040％，为保证电池工作稳定，必需连续地排解废热.3〔MCFC〕工作温度可达650高，但材料需求的要求也高。溶化的碳酸盐燃料电池与上述争论的燃料电池差异较大，这种电池不是使用溶化的锂钾碳酸盐就是使用锂钠碳酸盐650℃时，这种盐就会溶化，产生碳酸根离子,从阴极流向阳极，与氢结合生成水,二氧化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极,在这过程中发电。阳极反响：CO32—+H2→H2O+CO2+2e—阴极反响：CO2+1/2O2+2e-→CO32-电池反响：O2+2H2→2H2O四大优势：①在工作温度下，MCFC可以进展内部重整燃料，例如在阳极反响室进展甲烷的重反响,重整反响到所需热量由电池反响的余热供给;②MCFC650~700℃，其余热可供暖;③燃料重整时产生的CO可以作为MCFC的燃料，且由于MCFC为高温燃料电池，不会受到CO的中毒催化剂的威逼；④催化剂为镍合金,不使用贵金属。4质子交换膜燃料电池〔PEMFC)质子交换膜燃料电池PEMFC是一种燃料电.其单,阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂复原的场所，两极都含有加速电极电化学反响的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于始终,阴极为电源正极.两电极的反响分别为：阳极反响：H2→2H++2e—:1/2O2+2H++2e-→H2O电池反响：H2+1/2O2→H2OPEMFC换膜和其两侧各一片多孔气体集中电极〔涂有催化剂的多孔碳布)组成的阴、阳极和电解质的复合体。与AFC、PAFC相比，PEMFC保持电极与PEMFC的膜为高分子聚合物，仅靠电池组装力不能使电极与离子交换膜之间有良好的接触，同时质子导体也无法进入多孔气体电极的内部。于是必需制备电极-膜-电极化温度下施加肯定压力，将以参加全氟磺酸树脂的氢电极〔阳极、隔膜〔全氟磺酸型质子交换膜)和已参加全氟磺酸树脂的氧电极〔阴极〕压和在一起,形成了电极-膜-电极三合一组件5固体氧燃料电池〔SOFC)固体氧化物燃料电池〔SolidOxideFuelCell，SOFC)高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学膜燃料电池(PEMFC〕一样得到广泛普及应用〔钻石氧化物.他们需要承受相应的材料和过程处理技术，由于电池的工作温度约为1000℃.固态氧化物燃料电池工作温度比溶化如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质，而不用使用液体电解质.其工作温度位于800—1000℃之间。阴极反响O2+4