1303《新能源發(fā)電》大作業(yè)

1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院新能源發(fā)電課程設(shè)計(jì)題 目：燃料電池的利用學(xué)習(xí)中心：奧鵬學(xué)習(xí)中心層 次：專(zhuān)升本專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化化年 級(jí)：2013年春季學(xué) 號(hào)：學(xué) 生：輔導(dǎo)教師：康永紅完成日期：201 年2月2日燃料電池的利用燃料電池是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電 裝置，被稱(chēng)為繼水電、火電、核電之后的第四代發(fā)電裝置。國(guó)際能源界預(yù)測(cè)，燃 料電池將是 21 世紀(jì)最有吸引力的發(fā)電方式之一。一燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及原理1. 燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)今燃料電池在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)被認(rèn)可為今后動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的大方向， 美國(guó)、歐 洲和日本的各大汽車(chē)公司紛紛投入巨資進(jìn)行燃料電池汽車(chē)的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)， 各國(guó)政 府也在政策

2、法規(guī)上給予了極大的支持。 近期聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNPD出資在全 球 5 個(gè)國(guó)家 6 個(gè)城市進(jìn)行燃料電池公共汽車(chē)的示范運(yùn)行。 斯圖加特大學(xué)汽車(chē)系已 經(jīng)開(kāi)設(shè)了燃料電池的專(zhuān)門(mén)課程，可見(jiàn)燃料電池技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)日趨成熟。戴姆勒-奔馳汽車(chē)公司從1993年到2000年先后推出了 Necarl到NecarV和Nebas等系列燃料電池概念車(chē)。在上文提到的在歐洲已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施的“歐洲清潔 城市運(yùn)輸項(xiàng)目（CUTE ”中戴姆勒-奔馳汽車(chē)公司功不可沒(méi)。寶馬車(chē)公司與德?tīng)?福公司合作開(kāi)發(fā)車(chē)用固體氧化物燃料電池（IFC）,并將其運(yùn)用在7系轎車(chē)。通用公司繼AUTOnom燃料電池概念車(chē)在2002年底特律車(chē)展上亮相之后， 又推出了

3、 Hy-Wire 全新概念車(chē), 該車(chē)的安全極速可達(dá)到 160公里/小時(shí)。另外, 美國(guó)聯(lián)邦快遞公司從 2003年 6月開(kāi)始在東京都市區(qū)使用“氫動(dòng)三號(hào)”作為郵件 的運(yùn)送車(chē)輛。福特汽車(chē)公司采用最新的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)與先進(jìn)的新式燃料 電池也已經(jīng)打造出一款全新的高效率、零排放名為“焦點(diǎn)”（Focus）的轎車(chē)。 日本自 2003 年起對(duì)燃料電池汽車(chē)實(shí)施免稅制度以鼓勵(lì)其發(fā)展。 豐田公司在 2002 年底宣布在日、美銷(xiāo)售燃料電池車(chē)，和日產(chǎn)合作開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)。在國(guó)內(nèi)對(duì)燃料電池的研究已經(jīng)被列入國(guó)家 863計(jì)劃，目前有中國(guó)科學(xué)院大連 化學(xué)物理研究所燃料電池工程中心、 清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等三家學(xué)術(shù)科研機(jī)構(gòu)積

4、極開(kāi)展對(duì)燃料電池的研究工作， 有報(bào)道說(shuō)今年將有若干輛燃料電池試驗(yàn)車(chē)輛在上 海和北京試運(yùn)行。 并且報(bào)道上說(shuō)我國(guó)在燃料電池及電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的研究水平與發(fā)達(dá) 國(guó)家相差無(wú)幾， 而且有關(guān)專(zhuān)家指出， 我國(guó)完全有能力在這一領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水 平，我們盼望著這一天的早日到來(lái)。2燃料電池的基本原理燃料電池是藉由電池內(nèi)發(fā)生燃料燃燒反應(yīng)而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，負(fù)極除作為燃料與電解質(zhì)的共同接口， 并對(duì)燃料的氧化反應(yīng)作催化；而正極則為氧 氣與電解質(zhì)的共同接口，亦對(duì)氧的還原作催化。燃料電池因電解質(zhì)不同而有不同 的名稱(chēng)，有磷酸型(PAFC，phosphate fuel cell )、熔融碳酸鹽型(MCFC，melt car

5、bonate fuel cell )與固態(tài)氧化物型(SOFC solid oxide fuel cell ) 與質(zhì)子交換膜型(PEMFC，proton exchange membrane fuel cell ) 等。對(duì)于以氫氧作燃料的燃料電池反應(yīng)示意圖如圖一所示，而其于堿性溶液中的電極反應(yīng)為：正極 1/20 2 + 甩0 + e- 2OH -負(fù)極 H2 + 2OH- 2H2O + e-全反應(yīng) 1/2O2 + H2 H 2O上述反應(yīng)僅為氫氧燃料電池的反應(yīng)式，對(duì)所采取的不同燃料反應(yīng)亦將有所改 變。而為加速電極反應(yīng)，電極中通常會(huì)加入催化劑如鉑，但鉑在150C時(shí)會(huì)被CO 所毒化而失去催化的效果，因此多

6、加入銠或銥于鉑之中。一般而言，對(duì)氧氣最佳 的催化劑為少量含金或銀的鉑鈀混合物。 此外，燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的 效率相當(dāng)高，約為60%90之間。另外，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反 應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極邙陽(yáng)極) 和空氣極(陰極)、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣(氧化劑氣體)能在流路中通過(guò)。在實(shí)用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種 類(lèi)也不同。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子(H )相關(guān)，發(fā)生的反應(yīng)為：燃料極：H2=

7、2H 2e- (1)空氣極：2H 1/2O2 2e-=H2O (2)全體：H2 1/2O2=H2O (3)氫氧燃料電池組成和反應(yīng)循環(huán)圖在燃料極中，供給的燃料氣體中的 H2分解成H和e-，H移動(dòng)到電解質(zhì)中 與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。e-經(jīng)由外部的負(fù)荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了 e-不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu) 成了發(fā)電。并且從上式中的反應(yīng)式（3）可以看出，由H2和02生成的H20， 除此以外沒(méi)有其他的反應(yīng)，H2所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實(shí)際上，伴隨 著電極的反應(yīng)存在一定的電阻，會(huì)引起了部分熱能產(chǎn)生，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能 的比例。引起這些反應(yīng)的一組電池

8、稱(chēng)為組件， 產(chǎn)生的電壓通常低于一伏。因此, 為了獲得大的出力需采用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離， 采用了稱(chēng)之為隔板的、上下兩面中備有氣體流 路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。堆的出力由總的電壓和電 流的乘積決定，電流與電池中的反應(yīng)面積成比。PAFC的電解質(zhì)為濃磷酸水溶液，而 PEMFC電解質(zhì)為質(zhì)子導(dǎo)電性聚合物系 的膜。電極均采用碳的多孔體，為了促進(jìn)反應(yīng)，以 Pt作為觸媒，燃料氣體中的 C0將造成中毒，降低電極性能。為此，在 PAFC和PEMFC應(yīng)用中必須限制燃 料氣體中含有的C0量，特別是對(duì)于低溫工作的PEMFC更應(yīng)嚴(yán)格地加以限

9、制。磷酸燃料電池的基本組成和反應(yīng)原理是： 燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后 送到改質(zhì)器，把燃料轉(zhuǎn)化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進(jìn)一步在移位 反應(yīng)器中經(jīng)觸媒劑轉(zhuǎn)化成H2和C02。經(jīng)過(guò)如此處理后的燃料氣體進(jìn)入燃料堆的 負(fù)極（燃料極），同時(shí)將氧輸送到燃料堆的正極（空氣極）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，借助觸媒 劑的作用迅速產(chǎn)生電能和熱能。相對(duì)PAFC和PEMFC，高溫型燃料電池 MCFC和SOFC則不要觸媒，以 CO為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應(yīng)用，而且還具有易于利用其高 質(zhì)量排氣構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等特點(diǎn)。MCFC主構(gòu)成部件。含有電極反應(yīng)相關(guān)的電解質(zhì)（通常是為L(zhǎng)i與K混合的碳酸鹽）和上下與其相接的2

10、塊電極板（燃料極與空氣極），以及兩電極各自外 側(cè)流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等，電解質(zhì)在MCFC約600700C 的工作溫度下呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的液體，形成了離子導(dǎo)電體。電極為鎳系的多孔質(zhì)體， 氣室的形成采用抗蝕金屬。MCFC工作原理?？諝鈽O的 O2 （空氣）和CO2與電相結(jié)合，生成CO23- （碳酸離子），電解質(zhì)將CO23-移到燃料極側(cè)，與作為燃料供給的 H相結(jié)合，放 出e-，同時(shí)生成H2O和CO2。化學(xué)反應(yīng)式如下：燃料極：H2 CO23-=H2O 2e- CO2 （4）空氣極：CO2 1/2O2 2e-=CO23- （5）全體：H2 1/2O2=H2O （6）在這一反應(yīng)中，e-同在PA

11、FC中的情況一樣，它從燃料極被放出，通過(guò)外部 的回路反回到空氣極，由e-在外部回路中不間斷的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了燃料電池發(fā)電。另 外，MCFC的最大特點(diǎn)是，必須要有有助于反應(yīng)的 CO23-離子，因此，供給的氧 化劑氣體中必須含有碳酸氣體。并且，在電池內(nèi)部充填觸媒，從而將作為天然氣 主成份的CH4在電池內(nèi)部改質(zhì)，在電池內(nèi)部直接生成 H2的方法也已開(kāi)發(fā)出來(lái) 了。而在燃料是煤氣的情況下，其主成份 CO和H2O反應(yīng)生成H2，因此，可以 等價(jià)地將CO作為燃料來(lái)利用。為了獲得更大的出力，隔板通常采用Ni和不銹鋼來(lái)制作。SOFC是以陶瓷材料為主構(gòu)成的，電解質(zhì)通常采用 ZrO2（氧化鋯），它構(gòu)成了 O2-的導(dǎo)電體丫2O

12、3 （氧化釔）作為穩(wěn)定化的 YSZ （穩(wěn)定化氧化鋯）而采用。電 極中燃料極采用Ni與YSZ復(fù)合多孔體構(gòu)成金屬陶瓷，空氣極采用 LaMnO3（氧 化鑭錳）。隔板采用LaCrO3（氧化鑭鉻）。為了避免因電池的形狀不同，電解質(zhì)之 間熱膨脹差造成裂紋產(chǎn)生等，開(kāi)發(fā)了在較低溫度下工作的SOFC。電池形狀除了有同其他燃料電池一樣的平板型外，還有開(kāi)發(fā)出了為避免應(yīng)力集中的圓筒型。SOFC的反應(yīng)式如下：燃料極：H2 O2-=H2O 2e-（ 7）空氣極：1/2O2 2e-=O2-（ 8）全體：H2 1/2O2=H2O（ 9）燃料極，H2經(jīng)電解質(zhì)而移動(dòng)，與 O2-反應(yīng)生成H2O和e-0空氣極由O2和 e仝成O2-。

13、全體同其他燃料電池一樣由 H2和O2生成H2O。在SOFC中，因 其屬于高溫工作型，因此，在無(wú)其他觸媒作用的情況下即可直接在內(nèi)部將天然氣 主成份CH4改質(zhì)成H2加以利用，并且煤氣的主要成份CO可以直接作為燃料利 用。二燃料電池的構(gòu)成及特點(diǎn)1. 燃料電池的構(gòu)成在燃料的部分， 氫的儲(chǔ)存上通常是以壓縮氣體存于氫氣桶中， 而氧則可取自 大氣或一樣由鋼桶中的壓縮氧氣提供； 但若所采取的是液態(tài)燃料， 則另需以適當(dāng) 容器盛裝。在電極與電池的組成部分， 在此以熔融碳酸鹽燃料電池的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明。 熔融 碳酸鹽燃料電池主要是由陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)基底和集流板或雙極板構(gòu)成。1.1陽(yáng)極MCFC的陽(yáng)極催化劑最早采用銀和鉑，

14、為降低成本，后來(lái)改用了導(dǎo)電性 與電催化性能良好的鎳。但鎳被發(fā)現(xiàn)在 MCFC勺工作溫度與電池組裝力的作用下 會(huì)發(fā)生燒結(jié)和蠕變現(xiàn)象，進(jìn)而 MCF(采用了 Ni-Cr或Ni-AI合金等作陽(yáng)極的電催 化劑。加入2%10%C的目的是防止燒結(jié)，但Ni-Cr陽(yáng)極易發(fā)生蠕變。另外，Cr 還能被電解質(zhì)鋰化，并消耗碳酸鹽，Cr的含量減少會(huì)減少電解質(zhì)的損失，但蠕 變將增大。1.2 陰極 熔融碳酸鹽燃料電池的陰極催化劑普遍采用氧化鎳。 其典型的制備方 法是將多孔鎳電極在電池升溫過(guò)程中就地氧化， 而且部分被鋰化， 形成非化學(xué)計(jì) 量化合物 ，電極導(dǎo)電性極大提高。但是，這樣制備的 NiO 電極會(huì)產(chǎn)生膨脹，向 外擠壓電池殼體

15、， 破壞殼體與電解質(zhì)基體之間的濕密封。 改進(jìn)這一缺陷的方法有 以下幾種 : (I)Ni 電極先在電池外氧化，再到電池中摻 Li; 或氧化和摻 Li 都在 電池外進(jìn)行；(2)直接用NiO粉進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)前摻Li，或在電池中摻Li: (3) 在空氣中燒結(jié)金屬鎳粉，使燒結(jié)和氧化同時(shí)完成；(4)在Ni電極中放置金屬絲 網(wǎng)(或拉網(wǎng))以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。1.3電解質(zhì)基底 電解質(zhì)基底是MCFC勺重要組成部件，它的使用也是MCFC勺特 征之一。 電解質(zhì)基底由載體和碳酸鹽構(gòu)成， 其中電解質(zhì)被固定在載體內(nèi)。 基底既 是離子導(dǎo)體，又是陰、陽(yáng)極隔板。它必須具備強(qiáng)度高，耐高溫熔鹽腐蝕，浸入熔 鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通

16、過(guò)， 而又具有良好的離子導(dǎo)電性能。 其塑性可用于電 池的氣體密封，防止氣體外泄，即所謂“濕封”。 當(dāng)電池的外殼為金屬時(shí)，濕 封是唯一的氣體密封方法。1.4 集流板 ( 雙極板) 雙極板能夠分隔氧化劑和還原劑，并提供氣體的流動(dòng)通 道，同時(shí)還起著集流導(dǎo)電的作用， 因此也稱(chēng)作集流板或隔離板。 它一般采用不銹鋼(如SS316 SS310)制成。在電池工作環(huán)境中，陰極側(cè)的不銹鋼表面生成，其內(nèi)層又有氧化鉻，二者均起到鈍化膜的作用，減緩不銹鋼的腐蝕速度。SS310不銹鋼由于鉻鎳含量高于SS316因而耐蝕性能更好。一般而言，陽(yáng)極側(cè)的腐蝕速 度大于陰極側(cè)。 雙極板腐蝕后的產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大， 進(jìn)而引起電池的

17、歐姆 極化加劇。為減緩雙極板陽(yáng)極側(cè)的腐蝕速度，采取了在該側(cè)鍍鎳的措施。 MCFC 是靠浸入熔鹽的偏鋁酸埋隔膜密封， 稱(chēng)濕密封。為防止在濕密封處造成原電池腐 蝕，雙極板的濕密封處通常采用鋁涂層進(jìn)行保護(hù)。1.5 電池整體結(jié)構(gòu) 熔融碳酸鹽燃料電池組均按壓濾機(jī)方式進(jìn)行組裝， 在隔膜兩 側(cè)分置陰極和陽(yáng)極，再置雙極板，周而復(fù)始進(jìn)行，最終由單電池堆積成電池堆。 氧化氣體和燃料氣分別進(jìn)入各節(jié)電池孔道(稱(chēng)氣體分布管)，MCFC電池組的氣體 分布管有兩種方式 :內(nèi)氣體分布管和外氣體分布管。近年國(guó)外逐漸傾向采用內(nèi)分 布管方式， 并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。 氧化與還原氣體在電池內(nèi)的相互流動(dòng)有并流、 對(duì) 流和錯(cuò)流三種方式，少部

18、分熔融碳酸鹽燃料電池采用錯(cuò)流方式。2. 燃料電池的特點(diǎn)(1) 能量轉(zhuǎn)化效率高。 效率高達(dá) 50%一 60%，通過(guò)對(duì)余熱的二次利用， 總效率可 高達(dá) 80%一 85%。(2) 無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)零排放。工作過(guò)程的唯一產(chǎn)物是水。(3) 效率隨輸出變化的特性好。部分功率下運(yùn)行效率可達(dá) 60%，短時(shí)過(guò)載能力 可達(dá)到 200%的額定功率。(4) 運(yùn)行噪聲低，可靠性高。無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，工作時(shí)僅有氣體和水的流動(dòng)。(5) 構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于維護(hù)保養(yǎng)。模塊化結(jié)構(gòu)，組裝和維護(hù)方便 ; 沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件， 磨損之類(lèi)故障少。(6) 燃料(氫氣)來(lái)源廣泛。制備方法多樣，可通過(guò)石油、甲醇等重整制氫，也 可通過(guò)電解水、生物制氫等方法獲

19、取氫氣。(7) 燃料補(bǔ)充方便。可以采用甲醇等液體為燃料，利用現(xiàn)有的加油站系統(tǒng)，采 用與汽車(chē)加油大體相同的燃料補(bǔ)充方式短時(shí)間內(nèi)完成燃料的補(bǔ)充。(8) 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。它的功率密度高、過(guò)載能力大、可不依賴(lài)空氣，因此可兩 棲使用，適應(yīng)多種環(huán)境及氣候條件。三.燃料電池的類(lèi)型燃料電池是電動(dòng)汽車(chē)重要?jiǎng)恿υ粗?，迄今為止，人們研究過(guò)的燃料電 池品種很多，其分類(lèi)方法也很多。有按工作溫度高低分類(lèi)，如低（常）溫燃料電 池、中溫燃料電池、高溫燃料電池（400 C以上）；有按電池工作狀態(tài)分類(lèi)，如 固體燃料電池、液體燃料電池、氣體燃料電池；也有按燃料種類(lèi)來(lái)分，如氫氧燃 料電池、鈉氧燃料電池、甲醇燃料電池等。目前較為普遍接

20、受的是按電解質(zhì)的不 同進(jìn)行分類(lèi)。1.堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell ，AFC)堿性燃料電池的燃料是氫，氧化劑是氧或空氣。采用 35%50%的KOH水 溶液作為電解液，它浸在多孔性石棉膜中或裝在雙極板電極的堿腔中， 石棉膜兩 側(cè)分別壓上多孔性陰勵(lì)陽(yáng)極。電池工作證一般在220c*，可在常壓和加 壓下工作。該電池的電極反應(yīng)原理是：一7 OH-電池總反應(yīng)二2HaO +2出02. 磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）磷酸燃料電池以純磷酸為電解質(zhì)，它包含在用PTFE粘結(jié)成的SiC粉末基質(zhì)中作為電解質(zhì)，其厚度一般只有100200m。電解質(zhì)基質(zhì)兩邊分

21、別附有鉑催化 劑的多孔性石墨陰極和陽(yáng)極。在陽(yáng)極（電池負(fù)極），燃料氣中的氫氣在電極表面 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成H+，并放出電子：H2一2IT +2總在陰極（電池正極），H+和空氣中的氧進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)生成水：O?+4e2H.0電池總反應(yīng)02 +2 比一2H.0電池工作溫度一般在180210 C。選擇這一溫度范圍依據(jù)是磷酸的蒸汽壓、材料的耐腐蝕性能、催化劑耐 CO能力及電池性能的要求。提高工作溫度會(huì)使電 池發(fā)電效率更高。電池的工作壓力：小功率電池堆采用常壓操作；在較高壓力下運(yùn)行時(shí)，會(huì)使 電化學(xué)反應(yīng)速度加快，發(fā)電效率提高，因而大功率電池堆則采取加壓操作， 一般 工作壓力設(shè)定在0.70.8MPa。單電池工作

22、電壓在0.8V以下，發(fā)電效率達(dá)40%50% 。磷酸燃料電池不受CO2限制，可使用空氣作氧化劑；燃料可以用重整氣，但 由于電池使用鉑作催化劑，CO對(duì)電池性能影響很大。此外硫化物氣體也會(huì)降低 電極的催化活性。該電池適合用作固定電站。雖然電池制作成本低，但它的運(yùn)行發(fā)電成本比網(wǎng) 電價(jià)格高很多。目前為15002000美元/ kW03. 熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）熔融碳酸鹽燃料電池的電解質(zhì)是 Li2COs-Na2CQ或LizCOs-KzCQ的混合物熔 鹽，浸在用LiALO2制成的多孔隔膜中，載流子是碳酸根離子。陽(yáng)極催化劑通常 采用Ni-Cr或Ni-

23、Al合金；陰極催化劑采用 NiO,電池工作溫度為600650 C。 電池的雙極板通常采用不銹鋼或鎳基合金鋼制成。電池的成流反應(yīng)過(guò)程：氧氣在陰極（電池的正極）和CO2 一起在催化劑作用 下被氧化成 CO?2-離子，后者在電解液中遷移到陽(yáng)極（電池的負(fù)極），與氫氣作 用生成 CO2和水。_Lfla t+2r co：“電迪恵反應(yīng)：H, +y0, -KCO,Hto + co該種高溫燃料電池比低溫燃料電池具有許多優(yōu)勢(shì)：可以使用石化燃料。電池產(chǎn)生的廢熱具有更高的利用價(jià)值。在較高溫度下，CO是一種燃料。在較高溫度下，不需要使用貴金屬作為催化劑。電池反應(yīng)中的載流子不需要使用 水介質(zhì)，避免了復(fù)雜的水管理系統(tǒng)。熔融

24、鹽燃料電池的燃料可以使用重整氣體， 也可以利用天然氣進(jìn)行內(nèi)部重整 發(fā)電。目前美國(guó)和日本均在 MW級(jí)實(shí)驗(yàn)電廠中作運(yùn)行示范，對(duì)電堆的壽命、性 能、成本和系統(tǒng)可靠性進(jìn)行考核。這種電池不適合做電動(dòng)車(chē)動(dòng)力源。4. 固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell , SOFC)固體氧化物燃料電池電解質(zhì)是氧化釔摻雜的氧化鋯，它在8001000 C高溫下具有氧離子導(dǎo)電性。電池的成流反應(yīng)過(guò)程是：空氣中的氧氣在陰極(電池的正 極)得到電子生成氧離子O2-，后者經(jīng)過(guò)電解質(zhì)由陰極流向陽(yáng)極，同燃料分子(H2、 陰鍥匕 3tr-CO或發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水并放出電子，后者由陽(yáng)極經(jīng)外電路流向陰極：C0(R)

25、04 +“CH.(g +401- 20(fCOg) +SrSOFC的結(jié)構(gòu)主要有管式、平板式和瓦楞式三種，其中以管式比較成熟。 該電池成本過(guò)高，限制了它的應(yīng)用。今后除設(shè)法降低成本外，還要研制新 材料，使工作溫度降低到400600 Co5. 質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel CellPEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池系采用全氟磺酸質(zhì)子交換膜作電解質(zhì)，可在常溫80 C工作。燃料直接使用氫或直接使用甲醇。PEM FC具有高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換 效率、低溫啟動(dòng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。近期發(fā)展很快，適合于作電動(dòng)汽車(chē)電源。6. 直接甲醇燃料電池(Direct Methan

26、ol Fuel Cell ，DMFC)直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種，其膜電極組件MEA基本上跟PEMFC相同，只是使用的燃料有所不同：DMFC使用的是液態(tài)甲醇，PEMFC 使用的是氣態(tài)氫。該電池的成流反應(yīng)是；電池總反應(yīng)工CH50H 0j+ C03電池工作時(shí)，甲醇被輸送到陽(yáng)極室，在陽(yáng)極上被氧化為CO2，同時(shí)生成6個(gè) 質(zhì)子和6個(gè)電子；電子經(jīng)外電路由陽(yáng)極到達(dá)陰極，質(zhì)子經(jīng)質(zhì)子交換膜由陽(yáng)極到達(dá) 陰極。氧氣在陰極上與到達(dá)陰極的質(zhì)子和電子結(jié)合生成水。電子通過(guò)外電路做功。根據(jù)參與電池反應(yīng)的物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，DMFC的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到1.21V，能量轉(zhuǎn)換效率高到97%。但由于在實(shí)際使用時(shí)電極極化和 歐姆壓降較大，電池的輸出電壓和能量轉(zhuǎn)換效率都較理論小很多。雖然由甲醇重整制氫作為PEMFC氫源的電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不少，但作為車(chē)用動(dòng)力源的直接甲醇燃料電池還研制得較少。雖然克萊斯勒公司曾開(kāi)發(fā)出DMFC電動(dòng)汽車(chē)樣車(chē)，但它的最高時(shí)速只有35km/h，續(xù)行里程也只有15km。2003年雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)公司試制出 DMFC摩托車(chē)，功率為500W，重20kg，間歇 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間1000h。雖然如此，但DMFC作為小型儀器用電源卻得到了很快發(fā)展。 例如，杜邦和英國(guó)的CMR燃料電池公司已生產(chǎn)出直接甲醇燃料電池的樣機(jī)，其 大小為目前用于便攜式電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電池的 1/10，成本為