燃料电池的工作原理和普通电池一样,是将物质的化学键能直接转化为电能的一种装置。在普通的电池中,用来提供化学键能的物质在使用一定时期以后,要么需要进行充电才能继续使用,要么则完全换新的。但是,只要向燃料电池的电极供给“燃料”和氧化剂,则燃料电池就可以连续的进行由化学键能向电能的直接转化。由燃料电池的工作原理可见,燃料电池由阳极和阴极所组成,在阳极和阴极之间为导离子的电解质,格局电解质的不同而有不同类型的燃料电池。阳极和阴极都是用多孔的材料制成,以便燃料和氧化剂进行良好的接触。在阳极上,燃料气体被氢氧化物、氧化物和来自电解质的碳酸盐离子所氧化而生成H O、CO,并产生电子。如果在阳极和阴极间用导线连接,则电子就会从阳极流向阴极。在阴极上氧化剂被来自阳极的电子离子化,而生成氢氧化物、氧化物或碳酸盐离子,这些离子通过电解质由阴极流向阳极,从而形成了整个电流回路。
由于燃料电池中电解质和反应化学物质之间需要有很大的接触空间,因而每个燃料电池元件的尺寸和功率受限制,一般为几十瓦一个电池元件,然后将多个燃料电池元件组装成较大的组件。一个功率为100千瓦的组件占地面积月0.2平方米。对于不同的燃料电池,由于所采用的电解质不同,因而其运行温度、电效率以及废气的排气温度均不相同。能够在较高温度下运行的燃料电池,其废气的排气温度也较高,因而可以通过余热利用来提高整个系统的效率。
几种基本的燃料电池的性能比较
燃料电池类型
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电解质
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燃料
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运行温度/℃
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电效率/%
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排气温度/℃
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碱性燃料电池
(AFC)
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KOH
(氢氧化钾)
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100
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40
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70
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固体聚合物燃料电池(SPFC)
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聚合物
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100
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40
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70
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磷酸燃料电池
(PAFC)
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H
(磷酸)
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200
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40
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100
|
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熔融碳酸盐燃料电池
(MCFC)
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Li/K
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,CO,HC
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650
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50
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400
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固体氧化物燃料电池
(SOFC)
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Zr
(氧化锆)
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,CO,HC
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1000
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55
|
1000
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