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                燃料電池是直接把燃料的化學能轉換為電能的設備,燃料電池的優點及關鍵技術
                2021/4/2 16:03:04

                燃料電池是直接把燃料的化學能轉換為電能的設備。它是一種很有發展前途的潔凈和高效的發電辦法,被稱為21世紀的分布式電源。燃料電池的作業原理頗似電解水的逆進程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負極)轉變為氫離子,空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極),負氧離子通過2極間離子導電的電解質抵達陽極與氫離子結組成水,外電路則形成電流。


                氫能燃料電池


                一般,完好的燃料電池發電體系由電池堆、燃料供給體系、空氣供給體系、冷卻體系、電力電子換流器、維護與控制及外表體系組成。其間,電池堆是核心。低溫燃料電池還應裝備燃料改質器(又稱為燃料重整器)。高溫燃料電池具有內重整功用,無須裝備重整器。


                氫能源燃料電池系統構成


                磷酸型燃料電池(PAFC)是現在技能老到、已商業化的燃料電池?,F在已能生產大容量加壓型11 MW的設備及便攜式250 kW等各種設備。第2代燃料電池的熔融碳酸鹽電池(MCFC),作業在高溫(600~700 ℃)下,重整反響可以在內部進行,可用于規劃發電,現在正在進行兆瓦級的驗證實驗。固體電解質燃料電池(SOFC)被稱為第3代燃料電池。由于電解質是氧化鋯等固體電解質,未來可用于煤基燃料發電,質子交換膜燃料電池是最有希望的電動車電源。


                氫能源燃料電池


                燃料電池有以下優點:

                1)有很高的功率,以氫為燃料的燃料電池,理論發電功率可達100%。熔融碳酸鹽燃料電池,實踐功率可達584%。通過熱電聯產或聯合循環概括運用熱能,燃料電池的概括熱功率可望抵達80%以上。燃料電池發電功率與規劃底子無關,小型設備也能得到高功率。


                2)處于熱備用狀況,燃料電池跟從負荷改動的才干十分強,可以在1 s內跟從50%的負荷改動。


                3)噪音低;可以完結實踐上的零排放;省水。


                4)設備周期短,設備方位靈敏,可省去新建輸配電體系。


                現在 燃料電池大規劃運用的妨礙是造價高,在經濟性上要與慣例發電辦法競賽尚需時日。燃料電池的技能要害觸及電池功用、壽數、大型化、價格等與商業化有關的項目,主要觸及新的電解質材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池(MCFC)在高溫條件下液體電解質的損失和腐蝕滲漏下降了電池的壽數,使MCFC的大型化及實用化受到限制。需求處理電池構成材料的腐蝕;電極細孔結構改動使電池功用下降等問題。


                固體氧化物燃料電池(SOFC)運用固體電解質且作業溫度很高,對構成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學性安穩和細密性(不通過氣體)的電解質,在氧化鋯中加入Y2O3生成釔安穩氧化鋯。為了下降作業溫度,應盡或許減少電解質薄膜厚度。一般選用熔射法、燒結法和電化學蒸騰涂層法制備電解質薄膜。


                實用的電解質膜的厚度為0.03~0.05 mm。比較先進的已抵達0.01 mm。這樣薄的電解質陶瓷材料除應當有滿足的機械強度外,有必要具有高度的氣體細密性,否則將喪失燃料電池的功用。燃料極運用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷,鎳還用作燃料重整的催化劑,空氣極在運轉中處在高溫氧化中,難以運用一般金屬。鉑的安穩性好,但費用寶貴,需求尋覓替代材料,可用電子導電陶瓷。為了下降作業溫度,別的一個重要的研討方向是尋覓低溫的質子導電的電解質。作業溫度倘若能下降到700 ℃以下,SOFC的造價就可以大幅度下降。

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