固态聚合物燃料电池 燃料电池原理重要元件?

时间:2021-06-17 03:49:30 阅读:53837

固态聚合物燃料电池 燃料电池原理重要元件?

燃料电池原理重要元件?

燃料电池实际上是一个化学反应器,它把燃料同氧化剂反应的化学能直接转化为电能。它没有传统发电装置上的原动机驱动发电装置,也没有直接的燃烧过程。燃料和氧化剂从外部不断输入,它就能不断地输出电能。它的反应物通常是氢和氧等燃料,它的副产品一般是无害的水和二氧化碳。燃料电池的工作不只靠电池本身,还需要燃料和氧化剂供应及反应产物排放等子系统与电池堆一起构成完整的燃料电池系统。

一、电极

实际应用的燃料电池,需要有足够高的电流密度,因而应提高电极反应的速率。燃料电池中的反应发生在电极表面(严格说是电极、气体和电解质组成的三相界面)上,氢气在阳极发生电极反应,产生的电子和质子分别通过外电路和电解质到达阴极,并在阴极与氧气反应生成水。电子经过外电路时输出了电能。

影响电极反应速率的主要因素是催化活性和电极表面积。燃料电池的电极不是简单的固体电极,而是所谓的多孔电极。多孔的表面积是电极几何面积的102一108倍。电极的催化活性对于低温燃料电池尤为重要,因为电极反应在低温时的速率很低。

另外燃料电池的电极还要求导电性好,耐高温和耐腐蚀。

二、电解质

燃料电池中电解质的主要作用是提供电极反应所需的离子、导电以及隔离两极的反应物质。与一般电解质不同,燃料电池中的电解质或者本身没有流动性,或者被固定在多孔的基质中。

PEMFC的电解质是固态聚合物膜,允许质子通过,故称为质子交换膜。

AFC的电解质是KOH溶液,根据电池工作温度的不同(50一200cC),KOH的浓度变化很大(35%一85%)。KOH被吸附在石棉基质中。KOH与COZ反应生成溶解度较低的KzCO,而造成堵塞,反应气体中的CO2需要去除。

PAFC使用接近100%的磷酸为电解质,浸在多孔sic陶瓷中。浓磷酸的热稳定性好,并可以吸收电极反应生成的水蒸气,因而PAFC的水管理简单。

MCFC的电解质是混合碳酸盐(LieCO,-K2CO,),基质为LiAMO2陶瓷,导电的离子是CO一。

SOFC的电解质是多孔金属氧化物,即Y2O,稳定的ZrO2,导电的离子是O2一。

三、双极板

阴极、阳极和电解质构成一个单个燃料电池,其工作电压约0.7V。为了获得实际需要的电压,须将几个、几十个甚至几百个燃料电池连接起来,称为电池堆。两个相邻的燃料电池通过一个双极板连接。双极板的一侧与前一个燃料电池的阳极相连,另一侧与后一个燃料电池的阴极连接(故称为双极板)。

双极板的主要作用有3个,即收集燃料电池产生的电流、向电极供应反应气体、阻止两极之间反应物质的渗透。另外,双极板还起到支撑、加固燃料电池的作用。

低温(小于300cC)燃料电池的双极板材料通常是石墨,高温燃料电池的双极板用不锈钢或导电陶瓷制作。不论用何种材料,双极板的设计和制作都是十分关键的。

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