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燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的设备,燃料电池的优点及关键技术
2021/4/2 16:03:04

燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的设备。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电办法,被称为21世纪的分布式电源。燃料电池的作业原理颇似电解水的逆进程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子,空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极),负氧离子通过2极间离子导电的电解质抵达阳极与氢离子结组成水,外电路则形成电流。


氢能燃料电池


一般,完好的燃料电池发电体系由电池堆、燃料供给体系、空气供给体系、冷却体系、电力电子换流器、维护与控制及外表体系组成。其间,电池堆是核心。低温燃料电池还应装备燃料改质器(又称为燃料重整器)。高温燃料电池具有内重整功用,无须装备重整器。


氢能源燃料电池系统构成


磷酸型燃料电池(PAFC)是现在技能老到、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11 MW的设备及便携式250 kW等各种设备。第2代燃料电池的熔融碳酸盐电池(MCFC),作业在高温(600~700 ℃)下,重整反响可以在内部进行,可用于规划发电,现在正在进行兆瓦级的验证实验。固体电解质燃料电池(SOFC)被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质,未来可用于煤基燃料发电,质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。


氢能源燃料电池


燃料电池有以下优点:

1)有很高的功率,以氢为燃料的燃料电池,理论发电功率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池,实践功率可达584%。通过热电联产或联合循环概括运用热能,燃料电池的概括热功率可望抵达80%以上。燃料电池发电功率与规划底子无关,小型设备也能得到高功率。


2)处于热备用状况,燃料电池跟从负荷改动的才干十分强,可以在1 s内跟从50%的负荷改动。


3)噪音低;可以完结实践上的零排放;省水。


4)设备周期短,设备方位灵敏,可省去新建输配电体系。


现在 燃料电池大规划运用的妨碍是造价高,在经济性上要与惯例发电办法竞赛尚需时日。燃料电池的技能要害触及电池功用、寿数、大型化、价格等与商业化有关的项目,主要触及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池(MCFC)在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏下降了电池的寿数,使MCFC的大型化及实用化受到限制。需求处理电池构成材料的腐蚀;电极细孔结构改动使电池功用下降等问题。


固体氧化物燃料电池(SOFC)运用固体电解质且作业温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性安稳和细密性(不通过气体)的电解质,在氧化锆中加入Y2O3生成钇安稳氧化锆。为了下降作业温度,应尽或许减少电解质薄膜厚度。一般选用熔射法、烧结法和电化学蒸腾涂层法制备电解质薄膜。


实用的电解质膜的厚度为0.03~0.05 mm。比较先进的已抵达0.01 mm。这样薄的电解质陶瓷材料除应当有满足的机械强度外,有必要具有高度的气体细密性,否则将丧失燃料电池的功用。燃料极运用镍锆等耐热金属陶瓷,镍还用作燃料重整的催化剂,空气极在运转中处在高温氧化中,难以运用一般金属。铂的安稳性好,但费用宝贵,需求寻觅替代材料,可用电子导电陶瓷。为了下降作业温度,别的一个重要的研讨方向是寻觅低温的质子导电的电解质。作业温度倘若能下降到700 ℃以下,SOFC的造价就可以大幅度下降。

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