氢 燃料电池图解
燃料电池,主要指氢燃料电池,引起人们注意是在阿波罗登月期间。它被
用来提供航天飞行时的用电和饮水。其实最早在1883年就已经发现了。
最近在汽车行业开始将它用在汽车能源,以取代石油产品。主要原因是环
保和未来能源的绿色化,低碳化,城市空气净化,人类社会可持续发展等
诸多因素所决定的。氢燃料电池是未来能源革命的方向。太阳能、风
能、氢能、以及一切可再生能源,叫做绿色能源。
燃料电池不是靠燃料燃烧,而是靠它的化学反应产生电能。
氢气、甲醇等可燃气体,被称为燃料,但在这里是作为化学反应之用,而
不是燃烧来产生电能。单个电池产生的电能很微弱,将许多电池串联--堆
叠起来才能实际使用。
下面以图解形式介绍五种主要的燃料电池:
都是以压缩氢气、压缩氧气两种气体燃料作为原料。
下面以电解质不同而分五类:
1)Alkali(碱性)燃料电池
电解质:氢氧化钾液体,即 KOH(化学符号)。
能量转化效率:70%。工作温度约150-200度C 。
输出功率:300瓦-5千瓦。
曾用于阿波罗航天,提供宇航员所需用电和饮水。
要求纯氢燃料、鉑电极--催化剂,贵。液体怕泄漏。
2)熔化的碳酸盐燃料电池
Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC)
电解质:高温时熔化的如钠、鎂的碳酸盐、CO3 .
效率:60-80%
输出功率:2MW--100MW(MW=兆瓦,1兆瓦=1000千瓦)
高温因一氧化碳的产生(毒性)而受到限制。废热可回收利用,增加
附加发电。
镍金属电极--催化剂,比鉑便宜。
高温也受到因需安全使用的限制。不宜家用。因碳酸盐参与了反应,所
以必须补充二氧化碳作为补偿之用。
适用于:发电站。
3)磷酸燃料电池
Phosphoric
Acid Fuel Cells (PAFC)
电解质:磷酸
效率:40-80%
输出功率:目前 200千瓦-11兆瓦
允许一氧化碳浓度 1.5% ,扩大了使用范围。
如果使用了汽油,则必须除硫。
鉑电极是必须的。
内部零件材料必须能够耐酸腐蚀。
4)质子交换膜燃料电池
Proto Exchange Membrane (PEM)
聚合物电解质,形如薄的具有渗透性的膜片。
效率:40-50%
输出功率:50-250千瓦
固态柔性电解质,不许有泄漏和裂缝。
温度要求足够低,可家用、汽车类。
燃料要求纯净,薄膜两面都要鉑催化剂,贵。
5)固体氧化物
Solid Oxide
Fuel Cells (SOFC)
电解质:
硬的陶瓷与钙、锆金属氧化物复合物。
效率:60%。
输出功率:100千瓦
如此高温下,不要求过多的氢,废热可回收利用以增加发额外的电。
高温限制了其应用范围。且体积大。不会漏。允许裂缝。
注意:电子流是负电荷流动,而一般电流方向是正电荷的方向,两者方向相反。
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