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发布时间:2022-04-29 09:07
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时间:2022-06-25 05:56
依据电解质的不同,燃料电池(Fuel Cell, FC)分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。燃料电池不受卡诺循环*,能量转换效率高,洁净无污染、噪声低,可制成模块式结构、功率密度比一般储能型电池高,既适合集中供电,也适合分散供电。
各种燃料电池中属于碱性燃料电池的只有AFC一种,而其余的燃料电池均属于酸性燃料电池,不存在所谓的中性燃料电池,只有电解质为弱酸或弱碱而接近中性的燃料电池。
燃料电池的电极反应式与其电解质的酸碱性紧密联系。
当电解质溶液接近中性时:
负极:2H2-4e=4H+ 正极:O2+4e+2H2O=4OH-
当电解质溶液呈酸性时:
负极:2H2-4e=4H+ 正极:O2+4e+4H+=2H2O
当电解质溶液呈碱性时:
负极:2H2-4e+4OH-=4H2O 正极:O2+4e+2H2O=4OH-
注意所有的电子e都省略了负号上标,书写时应当加上。
也可以按照工作温度的不同,把碱性燃料电池(AFC,工作温度为100℃以内)、质子交换膜燃料电池(PEMFC,也称为固体高分子燃料电池,工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC,工作温度为200℃左右)称为低温燃料电池;把熔融碳酸盐燃料电池(MCFC,工作温度为650℃左右)和固体氧化物燃料电池(SOFC,工作温度为800-1000℃)称为高温燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的,把PAFC称为第一代燃料电池,MCFC称为第二代燃料电池,SOFC和PEMFC等称为第三代燃料电池。
燃料电池是一种电化学装置,其电池单体是由正负两个电极(负极即输入燃料的电极,阳极;正极即输入氧化剂的电极,阴极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,*了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换设备。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。燃料电池本体通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极(阳极)和空气极(阴极)、及两侧气体流路构成,气体流路的作用是使燃料气体和空气(氧化剂气体)能在流路中通过。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。另外,只有燃料电池本体还不能工作,必须有一套相应的辅助系统,包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。
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[1]衣宝廉.燃料电池——原理•技术•应用.北京:化学工业出版社,2003.
[2]James Larminie, Andrew Dicks. Fuel Cell Systems Explained(Second Edition). Chichester: John Wiley & Sons Ltd,2003.
(文献[2]的中文译本是:詹姆斯•拉米尼,安德鲁•迪克斯 著;朱红 译.燃料电池系统——原理•设计•应用.北京:科学出版社,2006.)
[3]毛宗强.燃料电池.北京:化学工业出版社,2005.