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0512-58588966燃料电池是一种生物以及电化学系统,根据所使用的电解质和制造过程进行分类。通过电化学过程,这些燃料电池产生各种形式的能量,或用于产生基于热的能量或电力,而不需要燃烧或气化等过程。目前有几种燃料电池技术处于原型开发或研究阶段,其中一些突出的技术在使用的电解质、发生的化学反应、涉及的催化剂、工作温度和用作原料的燃料类型方面有所不同。下面就目前已知的燃料电池分类以及特点给您简单科普。下面1用图片的方式简单呈现了各类型燃料电池所用的燃料以及简单结构释义和工作温度等;图2用表格方式给各位看官呈现了各类型燃料电池所需的电解质、工作温度、燃料、以及优缺点。
一、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC——Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells)
二、直接甲醇燃料电池(DMFC——Direct Methanol Fuel Cells)
大多数燃料电池的动力来自氢气,氢气可以直接供应给系统,也可以通过重整富氢燃料(如甲醇、乙醇或碳氢化合物)产生。但是,DMFC(直接甲醇燃料电池)的运行基于100%的甲醇,在直接注入燃料电池阳极之前,甲醇通常与水混合。DMFC不会遇到其他燃料电池系统常见的燃料储存困难,因为甲醇比氢具有更高的能量密度(尽管低于汽油或柴油燃料)。此外,甲醇是一种液体,很像汽油,这使得它更容易通过现有的基础设施运输和分销。DMFC通常用于便携式燃料电池应用,如手机和笔记本电脑。目前有一些企业在做商业化推广,尤其在基站等场景。结构原理如下图4所示:
三、碱性燃料电池(AFC——Alkaline Fuel Cells)
四、磷酸燃料电池(PAFCs——Phosphoric Acid Fuel Cells)
磷酸燃料电池(PAFCs)是一种将液态磷酸作为电解液的电池,它被包裹在碳化硅基体中,并由聚四氟乙烯键(PTFE)合而成。电极由含有铂催化剂的多孔碳组成,电池中发生的电化学反应可以在右侧的图1中找到。PAFC通常被称为“第一代”现代燃料电池,被认为是成熟的电池类型之一,已经在商业上使用了一段时间。它们主要用于固定发电,但也有PAFCs为大型车辆(如城市公交车)供电的实例。与质子交换膜(PEM)电池相比,PAFCs在耐受转化为氢的化石燃料中的杂质方面具有优势。PEM电池很容易被一氧化碳“中毒”,因为一氧化碳会与阳极的铂催化剂结合,从而降低燃料电池的效率。相比之下,PAFCs对杂质有一定的容忍度,在热电联产时效率超过85%。然而,它们单独发电时效率较低,效率范围为37%-42%。这一效率水平仅略好于以燃烧为基础的发电厂,燃料为基础的发电效率通常在33%左右。此外,与同等重量和体积的其他燃料电池相比,PAFC的功率更小,体积更大,这使得它们的生产成本更高。制造这些燃料电池需要大量昂贵的铂催化剂,这导致了更高的成本。代表性的企业如韩国斗山(DOOSAN)等,主要用于固定式发电以及无人机等。具体结构原理示意图如下图6(实在没找到更好的图片)。
五、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC——Molten Carbonate Fuel Cells)
六:高温固体氧化物电池(SOFC——Solid Oxide Fuel Cells)
这种高温操作不需要贵金属催化剂,从而降低了成本。此外,SOFC可以在内部改造燃料,允许使用各种燃料,并减少与系统中添加转化器相关的费用。固体氧化物燃料电池(SOFC)与其他类型的燃料电池相比具有明显的优势。例如,它们可以比其他类型的电池忍受更多的硫,而且它们对一氧化碳中毒不敏感,这意味着它们可以使用各种燃料,如天然气、沼气和煤衍生气体。此外,高温操作消除了对贵金属催化剂的需求,使其更便宜。然而,高温操作带来了挑战,包括启动缓慢和热屏蔽要求,这使得它们不适合运输。此外,由于高温下的恶劣条件,耐久性是一个关键问题。因此,开发能够承受这些条件的低成本材料至关重要。一种很有前景的方法是开发温度较低的SOFC,其耐久性问题较少,操作成本也较低。虽然这些低温SOFC还没有达到与高温系统相同的性能,但科学工作者们目前正在开发可以在这种较低温度范围内工作的堆叠材料。目前相关企业国内外也比较多。具体工作以及结构原理如下图8。
七、可逆燃料电池(RFC——Reversible Fuel Cells)
文章来源:氢眼所见
注:以获得转载权
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