第五章燃料電池之磷酸燃料電池-3

1、LOGO燃料電池燃料電池中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院磷酸型燃料電池磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFCPhosphoric Acid Fuel Cell, PAFC）5.3 磷酸型燃料電池5.3.1磷酸型燃料電池概述 vPAFC以磷酸為電解質(zhì)，磷酸在水溶液中易離解以磷酸為電解質(zhì)，磷酸在水溶液中易離解出氫離子，并將陽極（燃料極）反應(yīng)中生成的氫出氫離子，并將陽極（燃料極）反應(yīng)中生成的氫離子傳輸至陰極（空氣極）。離子傳輸至陰極（空氣極）。v陽極：陽極：H2 2H+2e-v陰極：陰極：1/2O2+ 2H+2e-

2、 H2Ov總反應(yīng)：總反應(yīng)： 1/2O2+ H2 H2Ov電極必須有高活性、長壽命的電催化特性，還應(yīng)電極必須有高活性、長壽命的電催化特性，還應(yīng)有良好的多孔擴(kuò)散功能，使電極能維持穩(wěn)定的三有良好的多孔擴(kuò)散功能，使電極能維持穩(wěn)定的三相反應(yīng)界面。相反應(yīng)界面。 PAFC優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：與優(yōu)點(diǎn)：與MCFC、SOFC等高溫燃料電池相比，等高溫燃料電池相比，PAFC系統(tǒng)工作溫度適中，構(gòu)成材料易選；啟動時間短，穩(wěn)系統(tǒng)工作溫度適中，構(gòu)成材料易選；啟動時間短，穩(wěn)定性良好，產(chǎn)生的熱水可直接作為人們?nèi)粘Ｉ钍褂?，定性良好，產(chǎn)生的熱水可直接作為人們?nèi)粘Ｉ钍褂?，余熱利用效率高；與余熱利用效率高；與AFC（燃料氣中不允許含（燃料

3、氣中不允許含CO2和和CO)及及PEMFC（燃料氣中不允許含（燃料氣中不允許含CO)等低溫型燃料等低溫型燃料電池相比，具有耐燃料氣及空氣中的電池相比，具有耐燃料氣及空氣中的CO2能力，能力，PAFC更能適應(yīng)各種工作環(huán)境。更能適應(yīng)各種工作環(huán)境。缺點(diǎn)：與缺點(diǎn)：與PEMFC一樣，一樣，PAFC須采用貴金屬催須采用貴金屬催化劑，易為燃料氣中化劑，易為燃料氣中CO毒化，對燃料氣的凈化處理要毒化，對燃料氣的凈化處理要求高；磷酸電解質(zhì)具有一定腐蝕性。求高；磷酸電解質(zhì)具有一定腐蝕性。5.3.2工作條件工工 作作條條 件件工作溫度工作溫度工作壓力工作壓力燃料利用率燃料利用率氧化劑利用率氧化劑利用率燃料氣組成燃料

4、氣組成180-210磷酸的蒸汽壓、材料耐腐蝕性磷酸的蒸汽壓、材料耐腐蝕性能、電催化劑耐能、電催化劑耐CO能力及電池能力及電池性能要求，研究表明，提高工性能要求，研究表明，提高工作溫度能使作溫度能使PAFC效率更高。效率更高。工工 作作條條 件件工作溫度工作溫度工作壓力工作壓力燃料利用率燃料利用率氧化劑利用率氧化劑利用率燃料氣組成燃料氣組成常壓至幾百千帕常壓至幾百千帕小功率采用常壓操作，大功小功率采用常壓操作，大功率的大多采用加壓操作，較率的大多采用加壓操作，較大壓力下大壓力下PAFC電化學(xué)反應(yīng)速電化學(xué)反應(yīng)速率加快、發(fā)電效率提高。率加快、發(fā)電效率提高。工工 作作條條 件件工作溫度工作溫度工作壓力

5、工作壓力燃料利用率燃料利用率氧化劑利用率氧化劑利用率燃料氣組成燃料氣組成是指在燃料電池內(nèi)部轉(zhuǎn)化是指在燃料電池內(nèi)部轉(zhuǎn)化為電能的氫氣量與燃料氣為電能的氫氣量與燃料氣中所含的氫氣量之比，中所含的氫氣量之比，PAFC為為70-80%。工工 作作條條 件件工作溫度工作溫度工作壓力工作壓力燃料利用率燃料利用率氧化劑利用率氧化劑利用率燃料氣組成燃料氣組成PAFC為為50-60%工工 作作條條 件件工作溫度工作溫度工作壓力工作壓力燃料利用率燃料利用率氧化劑利用率氧化劑利用率燃料氣組成燃料氣組成典型的典型的PAFC燃料氣中約燃料氣中約含含80%H2、20%CO2以及以及少量少量CH4、CO與硫化物。與硫化物。

6、5.3.3電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元單電池單電池電極支持層電極支持層電極（燃料極與空氣極）電極（燃料極與空氣極）雙極板雙極板介于兩電極之間富介于兩電極之間富含濃磷酸的電解質(zhì)層含濃磷酸的電解質(zhì)層中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院1）電池本體：）電池本體：單電池構(gòu)造：單電池構(gòu)造： PAFC單電池的基本構(gòu)成如圖所示單電池的基本構(gòu)成如圖所示 磷酸型燃料電池

7、磷酸型燃料電池(單電池單電池)基本構(gòu)造圖基本構(gòu)造圖中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 單電池外形為正方形層狀結(jié)構(gòu)，邊長為單電池外形為正方形層狀結(jié)構(gòu)，邊長為70-100cm，厚度約為，厚度約為5mm，它包括電極支持層、電，它包括電極支持層、電極極(燃料極與空氣極燃料極與空氣極)、集流、集流-隔板、介于兩電極之隔板、介于兩電極之間的含濃磷酸的電解質(zhì)層。間的含濃磷酸的電解質(zhì)層。電極支持層與電極保持一定的孔隙率以維持足夠電極支持層與電極保持一定的孔隙率以維持足夠的透氣性，電極催化劑層由鉑與合金載體組成，的透氣性，電極催化劑層由鉑與合金載體組成，鉑負(fù)載量約為鉑

8、負(fù)載量約為0.2-0.75mg/cm2。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院電極與隔板必須具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性電極與隔板必須具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性和較長的壽命。和較長的壽命。根據(jù)電極與隔板的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)電極與隔板的結(jié)構(gòu)形式，PAFC單電池分單電池分為槽形電極型與槽形隔板型。為槽形電極型與槽形隔板型。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 典型典型PAFC結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖(a)槽形電極型，槽形電極型，(b)槽形隔板型槽形隔板型中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 2

9、)電池堆構(gòu)造電池堆構(gòu)造: PAFC單電池的電壓特性為單電池的電壓特性為0.7v (當(dāng)當(dāng)i200mmA/cm2時時)。為了提高電池工作電壓，。為了提高電池工作電壓，獲得較高功率，必須將單電池層層疊加組成獲得較高功率，必須將單電池層層疊加組成PAFC電池堆。電池堆。PAFC電池堆包括電池堆包括電極電極(燃料極與燃料極與空氣極空氣極)、含磷酸的電解質(zhì)層、集流、含磷酸的電解質(zhì)層、集流隔板、冷隔板、冷卻板、各種類型物料管及其他輔助元件等關(guān)鍵部卻板、各種類型物料管及其他輔助元件等關(guān)鍵部件。件。 在在PAF電池堆中，每隔電池堆中，每隔5-7個單電池個單電池就設(shè)置一就設(shè)置一塊塊冷卻板。冷卻板。通常通常1個電池

10、堆可以組成個電池堆可以組成500-800kw級發(fā)電裝置，對于容量更大的電站系統(tǒng)，則由數(shù)級發(fā)電裝置，對于容量更大的電站系統(tǒng)，則由數(shù)組電池堆組合而成。組電池堆組合而成。電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元燃料轉(zhuǎn)化過程包括脫硫、催化重燃料轉(zhuǎn)化過程包括脫硫、催化重整轉(zhuǎn)化與一氧化碳變換三個反應(yīng)整轉(zhuǎn)化與一氧化碳變換三個反應(yīng)過程過程燃料轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中每個過程操作條件項目項目脫硫過程脫硫過程蒸汽轉(zhuǎn)化過程蒸汽轉(zhuǎn)化過程CO變換過程變換過程作用作用脫硫脫硫天然氣轉(zhuǎn)化成天然氣轉(zhuǎn)化成H2和和CO將將CO變換為富氫變換為富氫氣體和氣體和CO2反應(yīng)

11、反應(yīng)式式R-SH+H2 R-H+H2SH2S+ZnO ZnS +H2OCH4+H2O CO +3H2CO+H2O CO2 +H2操作操作條件條件溫度：溫度：573-673K壓力：壓力：0-0.98 MPa溫度：溫度：1023-1123K, 壓力：壓力：0-0.98 MPa， 水水-碳之比：碳之比：2-4溫度：高溫段溫度：高溫段593-753K,低溫段低溫段453-553K；壓力：；壓力：0-0.98MPa催化催化劑劑Co-Mo催化劑，催化劑，或或Ni-Mo催化催化劑、劑、ZnONi催化劑催化劑Fe-Cr催化劑催化劑Cu-Zn催化劑催化劑電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化

12、裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元冷卻冷卻方式方式水冷式水冷式空冷式空冷式絕緣油冷卻絕緣油冷卻冷卻水的冷卻水的溫度大約溫度大約在在160-180電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元冷卻冷卻方式方式水冷式水冷式空冷式空冷式絕緣油冷卻絕緣油冷卻沸水冷卻沸水冷卻加壓水冷卻加壓水冷卻電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元冷卻冷卻方式方式水冷式水冷式空冷式空冷式絕緣油冷卻絕緣油冷卻利用空氣強(qiáng)利用空氣強(qiáng)制對流而將制對流而將燃料

13、電池產(chǎn)燃料電池產(chǎn)生的熱量移生的熱量移走。走。電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元冷卻冷卻方式方式水冷式水冷式空冷式空冷式絕緣油冷卻絕緣油冷卻特點(diǎn)是排熱特點(diǎn)是排熱系統(tǒng)簡單，系統(tǒng)簡單，操作穩(wěn)定可操作穩(wěn)定可靠靠電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元冷卻冷卻方式方式水冷式水冷式空冷式空冷式絕緣油冷卻絕緣油冷卻由美國由美國Englhard公公司研究開發(fā)。適用司研究開發(fā)。適用于小型現(xiàn)場型燃料于小型現(xiàn)場型燃料電池系統(tǒng)。電池系統(tǒng)。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)

14、院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 冷卻方式：冷卻方式：在在PAFC電池堆中，有電池堆中，有3種不同冷卻方式，即水冷種不同冷卻方式，即水冷卻、空氣冷卻和絕緣油冷卻。一般來講，水冷卻卻、空氣冷卻和絕緣油冷卻。一般來講，水冷卻式的冷卻效果優(yōu)于其他兩種方式，對于大規(guī)模電式的冷卻效果優(yōu)于其他兩種方式，對于大規(guī)模電站系統(tǒng)更是如此。站系統(tǒng)更是如此?？諝饫鋮s比水冷卻簡單，適合空氣冷卻比水冷卻簡單，適合小規(guī)模發(fā)電裝置小規(guī)模發(fā)電裝置，但空氣冷卻需要較多的輔助動，但空氣冷卻需要較多的輔助動力設(shè)備以促進(jìn)空氣循環(huán)，發(fā)電系統(tǒng)凈效率將會降力設(shè)備以促進(jìn)空氣循環(huán)，發(fā)電系統(tǒng)凈效率將會降低。低。 從冷卻效果與

15、系統(tǒng)復(fù)雜程度比較，絕緣油冷卻從冷卻效果與系統(tǒng)復(fù)雜程度比較，絕緣油冷卻方式介于水冷卻與空氣冷卻兩者之間，它的整個方式介于水冷卻與空氣冷卻兩者之間，它的整個系統(tǒng)系統(tǒng)比較緊湊、簡單，且不易腐蝕比較緊湊、簡單，且不易腐蝕。下表對。下表對PAFC系統(tǒng)中采用的三種冷卻方式特點(diǎn)進(jìn)行了比較。系統(tǒng)中采用的三種冷卻方式特點(diǎn)進(jìn)行了比較。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 PAFC系統(tǒng)中常用冷卻方式比較系統(tǒng)中常用冷卻方式比較中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工

16、程學(xué)院絕緣油冷卻管模式圖絕緣油冷卻管模式圖電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元逆變器逆變器過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)將燃料電池系統(tǒng)將燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)的直流電轉(zhuǎn)生產(chǎn)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電換成交流電電池系統(tǒng)組成組成組成燃料電燃料電池本體池本體燃料轉(zhuǎn)燃料轉(zhuǎn)化裝置化裝置熱量管熱量管理單元理單元系統(tǒng)控系統(tǒng)控制單元制單元逆變器逆變器過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本準(zhǔn)則是設(shè)計的基本準(zhǔn)則是有效的管理響應(yīng)相有效的管理響應(yīng)相時間相異的各個過時間相異的各個過程程5.3.4關(guān)鍵材料關(guān)鍵關(guān)鍵材料材料電催化劑電催化劑電解質(zhì)電解質(zhì)隔膜隔膜雙極板雙

17、極板Pt/C催化劑催化劑先將鉑氯酸先將鉑氯酸轉(zhuǎn)化為鉑絡(luò)轉(zhuǎn)化為鉑絡(luò)合物，再由合物，再由鉑絡(luò)合物制鉑絡(luò)合物制備高分散備高分散Pt/C催化劑催化劑從鉑氯酸的水從鉑氯酸的水溶液出發(fā)，采溶液出發(fā)，采用特定的方法用特定的方法制備納米級高制備納米級高分散的分散的Pt/C電電催化劑催化劑關(guān)鍵材料關(guān)鍵關(guān)鍵材料材料電催化劑電催化劑電解質(zhì)電解質(zhì)隔膜隔膜雙極板雙極板Pt/C催化劑催化劑合金催化劑合金催化劑在已制備好的納在已制備好的納米級米級Pt/C催化劑催化劑上浸漬化學(xué)計量上浸漬化學(xué)計量的過渡金屬鹽（的過渡金屬鹽（如硝酸鹽或氯化如硝酸鹽或氯化物），然后在惰物），然后在惰性氣氛下高溫處性氣氛下高溫處理，制備鉑合金理，制

18、備鉑合金催化劑催化劑將氯鉑酸與將氯鉑酸與過渡金屬的過渡金屬的氯化物或硝氯化物或硝酸鹽水溶液酸鹽水溶液利用還原劑利用還原劑共沉淀到炭共沉淀到炭上，再焙燒上，再焙燒制鉑合金催制鉑合金催化劑化劑關(guān)鍵材料關(guān)鍵關(guān)鍵材料材料電催化劑電催化劑電解質(zhì)電解質(zhì)隔膜隔膜雙極板雙極板磷酸濃度是一個非常磷酸濃度是一個非常重要的參數(shù)，合適范重要的參數(shù)，合適范圍為圍為98-99%關(guān)鍵材料關(guān)鍵關(guān)鍵材料材料電催化劑電催化劑電解質(zhì)電解質(zhì)隔膜隔膜雙極板雙極板采用采用SiC,由于是惰性的，由于是惰性的，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性作用：質(zhì)子傳作用：質(zhì)子傳導(dǎo)和隔離氧化導(dǎo)和隔離氧化劑和燃料劑和燃料關(guān)鍵材料關(guān)鍵關(guān)鍵材料材料電催

19、化劑電催化劑電解質(zhì)電解質(zhì)隔膜隔膜雙極板雙極板平板型平板型槽型槽型中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院PAFC關(guān)鍵材料關(guān)鍵材料 PAFC采用采用Pt/C電催化劑，其電催化劑，其技術(shù)關(guān)鍵為在高比表面積的炭黑上擔(dān)載納技術(shù)關(guān)鍵為在高比表面積的炭黑上擔(dān)載納米級高分散的米級高分散的Pt微晶微晶。鉑源一般采用氯鉑酸，按制備路線可分為兩類不同方。鉑源一般采用氯鉑酸，按制備路線可分為兩類不同方法：一是先將氯鉑酸轉(zhuǎn)化為鉑的絡(luò)合物，再由鉑的絡(luò)合物制備高分散法：一是先將氯鉑酸轉(zhuǎn)化為鉑的絡(luò)合物，再由鉑的絡(luò)合物制備高分散PtC催化劑；二是從氯鉑酸的水溶液出發(fā)，采用特定的方法制備納

20、米級高分散的催化劑；二是從氯鉑酸的水溶液出發(fā)，采用特定的方法制備納米級高分散的Pt/C電催化劑。電催化劑。 活性電催化劑鉑是活性電催化劑鉑是擔(dān)載在碳材料上的擔(dān)載在碳材料上的，碳材料在，碳材料在PAFC工作條件下是相對工作條件下是相對穩(wěn)定的。作為電催化劑的擔(dān)體，必須具有高的化學(xué)與電化學(xué)穩(wěn)定性、良好的穩(wěn)定的。作為電催化劑的擔(dān)體，必須具有高的化學(xué)與電化學(xué)穩(wěn)定性、良好的電導(dǎo)、適宜的孔分布、高的比表面積以及低的雜質(zhì)含量。在各種碳材料中，電導(dǎo)、適宜的孔分布、高的比表面積以及低的雜質(zhì)含量。在各種碳材料中，僅有無定形的炭黑僅有無定形的炭黑具有上述性能。具有上述性能。目前廣泛使用的用作目前廣泛使用的用作Pt/C

21、催化劑擔(dān)體的炭催化劑擔(dān)體的炭黑是黑是Cabot公司由石油生產(chǎn)的導(dǎo)電型電爐黑公司由石油生產(chǎn)的導(dǎo)電型電爐黑Vulcan XC-72。 為提高擔(dān)體的抗腐蝕性能，可在惰性氣氛下，高溫處理碳材料增加炭材為提高擔(dān)體的抗腐蝕性能，可在惰性氣氛下，高溫處理碳材料增加炭材長程有序度，如長程有序度，如Vulcan XC-72經(jīng)過這種處理其抗腐蝕性大為改善。經(jīng)過這種處理其抗腐蝕性大為改善。（1）電極材料）電極材料 電極材料包括載體材料和催化劑材料。催化劑附著于載體表面，載體材料要求導(dǎo)電性能好、比表面積高、耐腐蝕和低密度。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 在在PAFC的工

22、作條件下，納米級鉑微晶電催化劑中鉑的表面積的工作條件下，納米級鉑微晶電催化劑中鉑的表面積會逐漸減小，除因磷酸電解質(zhì)和空氣中雜質(zhì)和磷酸本身與陰離子會逐漸減小，除因磷酸電解質(zhì)和空氣中雜質(zhì)和磷酸本身與陰離子在鉑表面吸附結(jié)塊導(dǎo)致鉑的有效活性表面積減少外，在鉑表面吸附結(jié)塊導(dǎo)致鉑的有效活性表面積減少外，主要是由鉑主要是由鉑溶解再沉積和鉑在炭載體表面遷移和再結(jié)晶引起的溶解再沉積和鉑在炭載體表面遷移和再結(jié)晶引起的。另外，由。另外，由于鉑微晶與炭載體之間的結(jié)合力很小，小的鉑微晶可經(jīng)炭表面遷于鉑微晶與炭載體之間的結(jié)合力很小，小的鉑微晶可經(jīng)炭表面遷移、聚合，生成大的鉑微晶導(dǎo)致移、聚合，生成大的鉑微晶導(dǎo)致鉑表面積下降

23、。鉑表面積下降。 為為防止因鉑微晶的溶解和遷移、聚合導(dǎo)致鉑表面積損失，人防止因鉑微晶的溶解和遷移、聚合導(dǎo)致鉑表面積損失，人們想辦法將鉑錨定在炭載體上們想辦法將鉑錨定在炭載體上。一是用。一是用CO處理處理Pt/C催化劑，因催化劑，因CO裂解沉積在鉑微晶周邊的炭起錨定鉑微晶的作用；二是引入裂解沉積在鉑微晶周邊的炭起錨定鉑微晶的作用；二是引入合金元素與鉑形成合金，增大鉑與炭的結(jié)合力，同時增加波的電合金元素與鉑形成合金，增大鉑與炭的結(jié)合力，同時增加波的電催化活性。催化活性。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院（2）電解質(zhì)材料 v PAFC的電解質(zhì)是濃磷酸溶液。

24、的電解質(zhì)是濃磷酸溶液。磷酸在常溫下導(dǎo)電性小，磷酸在常溫下導(dǎo)電性小，在高溫下具有良好的離子導(dǎo)電性在高溫下具有良好的離子導(dǎo)電性，所以，所以PAFC的工作溫度的工作溫度在在200左右。磷酸是無色、油狀且有吸水性的液體，它左右。磷酸是無色、油狀且有吸水性的液體，它在水溶液中可離析出導(dǎo)電的氫離子。濃磷酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為在水溶液中可離析出導(dǎo)電的氫離子。濃磷酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%）的凝固點(diǎn)是）的凝固點(diǎn)是42，低于這個溫度使用時，低于這個溫度使用時，PAFC的電解質(zhì)將發(fā)生固化。而電解質(zhì)的固化會對電極產(chǎn)的電解質(zhì)將發(fā)生固化。而電解質(zhì)的固化會對電極產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，電池性能會下降。生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，電池性能會下降。所

25、以所以PAFC電池一電池一旦啟動，體系溫度要始終維持在旦啟動，體系溫度要始終維持在45以上。以上。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院（3）隔膜材料 v PAFC的電解質(zhì)封裝在的電解質(zhì)封裝在電池隔膜內(nèi)電池隔膜內(nèi)。隔膜材料。隔膜材料目前采用微目前采用微孔結(jié)構(gòu)隔膜，它由孔結(jié)構(gòu)隔膜，它由SiC和聚四氟乙烯組成，寫作和聚四氟乙烯組成，寫作SiC-PTFE。新型的新型的SiC-PTFE隔膜有直徑極小的微孔，可兼隔膜有直徑極小的微孔，可兼顧分離效果和電解質(zhì)傳輸。顧分離效果和電解質(zhì)傳輸。v 設(shè)計隔膜的孔徑遠(yuǎn)小于設(shè)計隔膜的孔徑遠(yuǎn)小于PAFC采用的氫電極和氧電極（采采用

26、的氫電極和氧電極（采用多孔氣體擴(kuò)散電極）的孔徑，這樣可以保證濃磷酸容納用多孔氣體擴(kuò)散電極）的孔徑，這樣可以保證濃磷酸容納在電解質(zhì)隔膜內(nèi)，起到在電解質(zhì)隔膜內(nèi)，起到離子導(dǎo)電和分隔氫、氧氣體的作用離子導(dǎo)電和分隔氫、氧氣體的作用。隔膜與電極緊貼組裝后，當(dāng)飽吸濃磷酸的隔膜與氫、氧電隔膜與電極緊貼組裝后，當(dāng)飽吸濃磷酸的隔膜與氫、氧電極組合成電池的時候，極組合成電池的時候，部分磷酸電解液會在電池阻力的作部分磷酸電解液會在電池阻力的作用下進(jìn)入氫、氧多孔氣體擴(kuò)散電極的催化層，形成穩(wěn)定的用下進(jìn)入氫、氧多孔氣體擴(kuò)散電極的催化層，形成穩(wěn)定的三相界面。三相界面。 中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南

27、大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院（4）雙極板材料 v 雙極板雙極板的作用是的作用是分隔氫氣和氧氣，并傳導(dǎo)電流，使兩極導(dǎo)分隔氫氣和氧氣，并傳導(dǎo)電流，使兩極導(dǎo)通。通。雙極板材料是玻璃態(tài)的碳板，表面平整光滑，以利于雙極板材料是玻璃態(tài)的碳板，表面平整光滑，以利于電池各部件接觸均勻。為了減少電阻和熱阻，雙極板材料電池各部件接觸均勻。為了減少電阻和熱阻，雙極板材料非常薄。非常薄。v 要求：要求：足夠的氣密性，以防止反應(yīng)氣體的滲透；在高溫高足夠的氣密性，以防止反應(yīng)氣體的滲透；在高溫高壓及磷酸中化學(xué)性能穩(wěn)定性；良好的導(dǎo)電電熱能力；足夠壓及磷酸中化學(xué)性能穩(wěn)定性；良好的導(dǎo)電電熱能力；足夠的機(jī)械強(qiáng)度。的機(jī)械強(qiáng)度。v 在在10

28、00-2000度對度對熱固樹脂（如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂）熱固樹脂（如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂）碳化制得的玻璃化碳強(qiáng)度高、氣密性好。碳化制得的玻璃化碳強(qiáng)度高、氣密性好。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院電極結(jié)構(gòu)與制備工藝電極結(jié)構(gòu)與制備工藝1）電極結(jié)構(gòu)）電極結(jié)構(gòu) PAFC采用的電極與采用的電極與AFC一樣，均屬一樣，均屬多孔氣體擴(kuò)散電極多孔氣體擴(kuò)散電極。為提。為提高鉑的利用率、降低鉑載量，開發(fā)了高鉑的利用率、降低鉑載量，開發(fā)了PAFC專用電極。該電極分專用電極。該電極分為三層：為三層： 第一層：第一層：疏水碳紙疏水碳紙 通常稱通常稱支撐層支撐層 浸入浸入40%5

29、0%的聚四的聚四氟乙烯乳液后，孔隙率降至氟乙烯乳液后，孔隙率降至60%左右，平均孔徑為左右，平均孔徑為12.5 m。支撐。支撐層的厚度為層的厚度為0.20.4mm，它的作用是，它的作用是支撐催化層，同時起收集和支撐催化層，同時起收集和傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流的作用。的作用。 第二層：第二層：整平層（擴(kuò)散整平層（擴(kuò)散層層 ） 為便于在支撐層上制備催化為便于在支撐層上制備催化層，在炭紙表面制備一層由層，在炭紙表面制備一層由X-72型炭和型炭和50%聚四氟乙烯乳液組成聚四氟乙烯乳液組成的混合物，厚度為的混合物，厚度為12 m。 第三層：第三層：催化層催化層 在擴(kuò)散層上覆蓋由鉑在擴(kuò)散層上覆蓋由鉑/炭電催化劑炭

30、電催化劑+聚四氟聚四氟乙烯乳液（乙烯乳液（30%50%）的催化層，厚度約）的催化層，厚度約50 m。 電極制備好后須經(jīng)過滾壓后在電極制備好后須經(jīng)過滾壓后在320340度燒結(jié)，以增強(qiáng)電極防度燒結(jié)，以增強(qiáng)電極防水性。水性。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 2）制備工藝）制備工藝 擴(kuò)散層：擴(kuò)散層： 碳紙?zhí)技圥TFE浸泡法浸泡法 整平層與催化層：整平層與催化層：噴涂法或刮膜法噴涂法或刮膜法（類似于鋰離子電池極片（類似于鋰離子電池極片拉漿）拉漿） 3） 雙極板雙極板 PAFC的雙極板材料采用復(fù)合碳板。復(fù)合碳板分三層，中間為的雙極板材料采用復(fù)合碳板。復(fù)合碳板分

31、三層，中間為無孔薄板，兩側(cè)為多孔碳板。無孔薄板，兩側(cè)為多孔碳板。 作為作為PAFC的雙極板，最重要的性能是的雙極板，最重要的性能是它的比電導(dǎo)、與電極之它的比電導(dǎo)、與電極之間的接觸電阻和在電池工作條件下的穩(wěn)定性間的接觸電阻和在電池工作條件下的穩(wěn)定性。20世紀(jì)世紀(jì)80年代，年代，采用采用鑄模工藝由石墨粉和酚醛樹脂制備帶流場的雙極板鑄模工藝由石墨粉和酚醛樹脂制備帶流場的雙極板。對模。對模鑄雙極板，其性能由石墨粉粒度分布、樹脂類型與含量、模鑄鑄雙極板，其性能由石墨粉粒度分布、樹脂類型與含量、模鑄條件與焙燒溫度等決定。條件與焙燒溫度等決定。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金

32、科學(xué)與工程學(xué)院5.3.5影響影響PAFC性能的因素性能的因素1）溫度）溫度 熱力學(xué)分析角度看，升高電池的工作溫度，會使電池的可逆電熱力學(xué)分析角度看，升高電池的工作溫度，會使電池的可逆電位下降。但升高溫度會加速傳質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)速率，減少活化極化、濃差位下降。但升高溫度會加速傳質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)速率，減少活化極化、濃差極化和歐姆極化。極化和歐姆極化?？傮w升溫會改善電池性能總體升溫會改善電池性能，PAFC的工作溫度為的工作溫度為200。2）氣體壓力）氣體壓力 熱力學(xué)分析表明，電池反應(yīng)氣體的熱力學(xué)分析表明，電池反應(yīng)氣體的工作壓力會提高可逆電工作壓力會提高可逆電池的電壓池的電壓；從動力學(xué)角度看，升高壓力會；

33、從動力學(xué)角度看，升高壓力會增加氧化還原的電化學(xué)反應(yīng)速率增加氧化還原的電化學(xué)反應(yīng)速率，氧還原的速率與氧的壓力成正比。升高壓力會氧還原的速率與氧的壓力成正比。升高壓力會減少歐姆極化減少歐姆極化。 3）反應(yīng)氣體組成）反應(yīng)氣體組成PAFC的燃料氣對雜質(zhì)有相當(dāng)高的要求，以富氫氣體為例，富氫氣體中的的燃料氣對雜質(zhì)有相當(dāng)高的要求，以富氫氣體為例，富氫氣體中的CO會造成催化劑鉑中毒和氫電極極化，要求會造成催化劑鉑中毒和氫電極極化，要求CO的濃度范圍控制在的濃度范圍控制在1%（工作溫度為（工作溫度為190時），富氫氣體中的時），富氫氣體中的H2S氣體的最高體積分?jǐn)?shù)為氣體的最高體積分?jǐn)?shù)為2.010-64）燃料電池

34、壽命）燃料電池壽命在在PAFC的工作條件下，氧電極的工作電壓高于的工作條件下，氧電極的工作電壓高于0.8V時，電催化劑鉑會發(fā)時，電催化劑鉑會發(fā)生微溶，催化劑的擔(dān)體生微溶，催化劑的擔(dān)體X-72型炭也會緩慢氧化。電池壽命與操作條件如型炭也會緩慢氧化。電池壽命與操作條件如工作溫度、壓力、電壓、操作模式如起啟、停機(jī)條件等有關(guān)。工作溫度、壓力、電壓、操作模式如起啟、停機(jī)條件等有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)壽命為標(biāo)準(zhǔn)壽命為4萬小時。萬小時。 5.3.6現(xiàn)狀與未來vPAFC是迄今為止是迄今為止最成熟的燃料電池最成熟的燃料電池發(fā)電裝置。發(fā)電裝置。日本東芝、富士電機(jī)、三菱電機(jī)、三洋電機(jī)和日日本東芝、富士電機(jī)、三菱電機(jī)、三洋電機(jī)和日

35、立公司，以及美國立公司，以及美國UTC所屬的所屬的UTC燃料電池公司燃料電池公司都基本掌握了都基本掌握了PAFC發(fā)電系統(tǒng)制造技術(shù)。發(fā)電系統(tǒng)制造技術(shù)。v1991年日本東芝公司與年日本東芝公司與UTC聯(lián)合制造的聯(lián)合制造的11MW級級PAFC是世界上運(yùn)行規(guī)模最大的燃料電池發(fā)電系是世界上運(yùn)行規(guī)模最大的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的發(fā)電效率為統(tǒng)，該系統(tǒng)的發(fā)電效率為41.1%，能量利用率達(dá)，能量利用率達(dá)72.7%。v目前，在美國、日本、歐洲和亞太地區(qū)均有目前，在美國、日本、歐洲和亞太地區(qū)均有200kW級的級的PC25TMPAFC發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行。該技發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行。該技術(shù)我國也已引進(jìn)，安裝在廣州市某養(yǎng)豬場內(nèi)。利

36、術(shù)我國也已引進(jìn)，安裝在廣州市某養(yǎng)豬場內(nèi)。利用沼氣進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行試驗(yàn)。用沼氣進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行試驗(yàn)。 PAFC技術(shù)要進(jìn)入商業(yè)化，除了技術(shù)要進(jìn)入商業(yè)化，除了在技術(shù)上進(jìn)一步完善，降低生產(chǎn)成本，在技術(shù)上進(jìn)一步完善，降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更重要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更重要的挑戰(zhàn)來自于其他類型燃料電池技術(shù)的挑戰(zhàn)來自于其他類型燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展。的快速發(fā)展。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用開發(fā)狀況v發(fā)電廠發(fā)電廠v現(xiàn)場發(fā)電現(xiàn)場發(fā)電v車輛車輛v小容量可移動電源小容量可移動電源v其他其他中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)

37、冶金科學(xué)與工程學(xué)院用于發(fā)電廠v PAFC用于發(fā)電廠包括兩種情形：（用于發(fā)電廠包括兩種情形：（1）分散型發(fā)電）分散型發(fā)電廠，容量在廠，容量在10-20MW之間，安裝在配電分站；（之間，安裝在配電分站；（2）中）中心電站型發(fā)電廠，裝機(jī)容量在心電站型發(fā)電廠，裝機(jī)容量在100MW以上，可以作為以上，可以作為中等規(guī)模熱電廠。中等規(guī)模熱電廠。 PAFC電廠比起一般發(fā)電廠具有如下優(yōu)點(diǎn)：即使在發(fā)電廠比起一般發(fā)電廠具有如下優(yōu)點(diǎn)：即使在發(fā)電負(fù)荷較低時，依然保持高的發(fā)電效率；由于采用電負(fù)荷較低時，依然保持高的發(fā)電效率；由于采用模板結(jié)模板結(jié)構(gòu)，構(gòu)，現(xiàn)場安裝，簡單、省時，并且電廠擴(kuò)容容易?，F(xiàn)場安裝，簡單、省時，并且電廠

38、擴(kuò)容容易。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院用于現(xiàn)場發(fā)電v現(xiàn)場（集中）發(fā)電（現(xiàn)場（集中）發(fā)電（cogeneration）指把）指把PAFC直接安裝在用戶附近，同時提供熱和電。直接安裝在用戶附近，同時提供熱和電。這被認(rèn)為是這被認(rèn)為是PAFC的最佳應(yīng)用方案。這種方案的的最佳應(yīng)用方案。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：優(yōu)點(diǎn)是：可根據(jù)需要設(shè)置裝機(jī)容量或調(diào)整發(fā)電負(fù)可根據(jù)需要設(shè)置裝機(jī)容量或調(diào)整發(fā)電負(fù)荷，卻不會影響裝置的發(fā)電效率荷，卻不會影響裝置的發(fā)電效率，既使小容量，既使小容量PAFC裝置也能達(dá)到相當(dāng)于現(xiàn)代大型熱電廠的效裝置也能達(dá)到相當(dāng)于現(xiàn)代大型熱電廠的效率；有效利用電和熱，傳

39、輸損失小。率；有效利用電和熱，傳輸損失小。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院在車輛上的應(yīng)用v目前這方面主要是以目前這方面主要是以PAFC作為基本動力電源，作為基本動力電源，配備蓄電池以滿足車輛啟動和爬坡時峰值用電要配備蓄電池以滿足車輛啟動和爬坡時峰值用電要求。求。v在在1994年于美國圣第哥舉行的第年于美國圣第哥舉行的第14屆燃料電池屆燃料電池會議期間，美國能源公司展示了第一臺以甲醇為會議期間，美國能源公司展示了第一臺以甲醇為燃料燃料PAFC做動力的公交車。做動力的公交車。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院

40、小容量可移動電源 PAFC可以用作通訊、緊急供電、娛樂車等可以用作通訊、緊急供電、娛樂車等的電源。與通常的柴油發(fā)電機(jī)相比，的電源。與通常的柴油發(fā)電機(jī)相比，PAFC作為作為軍事上的通訊電源，其誘人之處在于軍事上的通訊電源，其誘人之處在于運(yùn)行時噪音運(yùn)行時噪音低和熱輻射量極少低和熱輻射量極少，有利于隱蔽目標(biāo)。，有利于隱蔽目標(biāo)。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院其他v許多石油化工廠，如煉油廠、氯堿廠、合成氨廠許多石油化工廠，如煉油廠、氯堿廠、合成氨廠等，經(jīng)常排放大量富氫氣體。在現(xiàn)場安裝等，經(jīng)常排放大量富氫氣體。在現(xiàn)場安裝PAFC裝置，就可以把排放氣體中的氫轉(zhuǎn)

41、化成電能，或裝置，就可以把排放氣體中的氫轉(zhuǎn)化成電能，或者從中分離出純氫氣體，從而減少資源浪費(fèi)。者從中分離出純氫氣體，從而減少資源浪費(fèi)。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用前景v 從節(jié)省資源、減少從節(jié)省資源、減少CO2 排放等觀點(diǎn)來看排放等觀點(diǎn)來看,磷酸燃料電池是磷酸燃料電池是非常有效的非常有效的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備,通過與污水處理廠、食品工業(yè)通過與污水處理廠、食品工業(yè)等的沼氣發(fā)酵技術(shù)部門進(jìn)行合作等的沼氣發(fā)酵技術(shù)部門進(jìn)行合作,在為構(gòu)筑資源循環(huán)型社在為構(gòu)筑資源循環(huán)型社會的對策等方面的進(jìn)展也令人鼓舞。今后會的對策等方面的進(jìn)展也令人鼓舞。今后,將通過進(jìn)

42、一步將通過進(jìn)一步降低成本降低成本來提高其經(jīng)濟(jì)性來提高其經(jīng)濟(jì)性,并通過并通過不僅僅局限于城市燃?xì)獠粌H僅局限于城市燃?xì)?而且而且擴(kuò)大到對生物氣體等的循環(huán)型社會的多樣化燃料的適擴(kuò)大到對生物氣體等的循環(huán)型社會的多樣化燃料的適用范圍用范圍,為磷酸型燃料電池的推廣普及而積極努力。為磷酸型燃料電池的推廣普及而積極努力。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 5. 研發(fā)課題研發(fā)課題 經(jīng)過近經(jīng)過近30年的研究與開發(fā)，通過一系列示范裝年的研究與開發(fā)，通過一系列示范裝置的運(yùn)行試驗(yàn)，置的運(yùn)行試驗(yàn)，PAFC技術(shù)被證明是可行的。技術(shù)被證明是可行的?，F(xiàn)在，現(xiàn)在，PAFC技術(shù)已逐步進(jìn)入

43、實(shí)用化開發(fā)階段。但技術(shù)已逐步進(jìn)入實(shí)用化開發(fā)階段。但是，要使是，要使PAFC達(dá)到商品化程度，仍存在許多技術(shù)達(dá)到商品化程度，仍存在許多技術(shù)問題。問題。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院對于商品化對于商品化PAFC發(fā)電裝置，發(fā)電裝置，PAFC系統(tǒng)的系統(tǒng)的性能、可性能、可靠性與壽命靠性與壽命有待進(jìn)一步提高，有待進(jìn)一步提高，電池制造成本電池制造成本要降低要降低到能與普通發(fā)電裝置競爭。到能與普通發(fā)電裝置競爭。對設(shè)置在城市大樓上的現(xiàn)場型對設(shè)置在城市大樓上的現(xiàn)場型PAFC電站與電動汽車電站與電動汽車用的用的PAFC動力電源，應(yīng)動力電源，應(yīng)減少電池體積與重量，提高減少

44、電池體積與重量，提高電池能量密度，減少電池安裝面積。電池能量密度，減少電池安裝面積。PAFC面臨的技術(shù)開發(fā)課題將從面臨的技術(shù)開發(fā)課題將從技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性兩個兩個方面展開。方面展開。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院提高電池系統(tǒng)性能與可靠性提高電池系統(tǒng)性能與可靠性 PAFC系統(tǒng)性能，如能量密度、壽命等，經(jīng)過世界系統(tǒng)性能，如能量密度、壽命等，經(jīng)過世界各研究機(jī)構(gòu)的努力，已達(dá)到一定水平。各研究機(jī)構(gòu)的努力，已達(dá)到一定水平。在日本，累積在日本，累積運(yùn)行發(fā)電時間超過運(yùn)行發(fā)電時間超過1萬小時的萬小時的PAFC發(fā)電裝置已有發(fā)電裝置已有5臺臺。大板煤氣公司大

45、板煤氣公司40kw水冷式水冷式PAFC發(fā)電裝置已累積運(yùn)行發(fā)電裝置已累積運(yùn)行達(dá)達(dá)15588h，是目前世界上累積運(yùn)行時間最長的燃料電，是目前世界上累積運(yùn)行時間最長的燃料電池電站。燃料電池電站連續(xù)運(yùn)行時間最長的紀(jì)錄則由池電站。燃料電池電站連續(xù)運(yùn)行時間最長的紀(jì)錄則由日本東京電力公司創(chuàng)造，為日本東京電力公司創(chuàng)造，為3246h，該裝置在東京火，該裝置在東京火力發(fā)電所內(nèi)，屬于力發(fā)電所內(nèi)，屬于200kw水冷式水冷式PAFC電站。然而，電站。然而，與商業(yè)化要求的性能指標(biāo)相比，目前的與商業(yè)化要求的性能指標(biāo)相比，目前的PAFC性能、性能、可靠性與壽命均未達(dá)到。對于一般商業(yè)化發(fā)電裝置，可靠性與壽命均未達(dá)到。對于一般商

46、業(yè)化發(fā)電裝置，累積運(yùn)行時間必須超過累積運(yùn)行時間必須超過4萬萬h，最終日標(biāo)為，最終日標(biāo)為6萬萬h以上。以上。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 從電池的能量密度來看，目前世界上輸出能量密從電池的能量密度來看，目前世界上輸出能量密度最高的燃料電池是設(shè)在日本關(guān)西電力公司六甲度最高的燃料電池是設(shè)在日本關(guān)西電力公司六甲試驗(yàn)所內(nèi)的試驗(yàn)所內(nèi)的50kw水冷式水冷式PAFC電站。其能量密度電站。其能量密度為為4.9kw/m3?，F(xiàn) 在 ， 一 般 的 燃 料 電 池 電 流 密 度 為現(xiàn) 在 ， 一 般 的 燃 料 電 池 電 流 密 度 為 1 5 0 一一200mA/m2，今后的目標(biāo)應(yīng)在，今后的目標(biāo)應(yīng)在350mA/cm2以上。以上。中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院 高性能電極材料研究高性能電極材料研究: 要提高電池能量密度，必須研要提高電池能量