燃料电池

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燃料电池

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燃料电池,是电化学通过使燃料的化学能,从电源取出细胞。根据系统的不同,使用、碳氢化合物精等作为燃料。

燃料电池,可再填充的一些负活性物质(氢变成燃料等),并且所述阴极活性材料的空气中的氧气可通过使等在室温或高温环境的反应供给不断地汲取电力发生器设备。与由于在设备中使用固定量的活性材料而导致容量有限的一次电池和二次电池相比,xxx放电持续进行而不会限制正极和负极的容量。这是完全不同的,因为它是可能的。

与使用热力发动机的普通发电系统不同,能量产生效率高是因为它不取决于热力发动机特有的卡诺效率,因为它在从化学能转换为电能的过程中不会通过热能或动能的形式。此外,它不受系统大小的明显影响,并且几乎没有噪音和振动。因此,期望作为涵盖从笔记本计算机和移动电话的便携式设备到汽车铁路消费/工业热电联产电厂和军事武器的各种用途和规模的能源

“燃料电池”的图

燃料电池与氧化还原液流电池的相似之处在于,正极材料和负极材料从电池主体的外部引入。在燃料电池的情况下,正极材料(氧化剂)通常为空气中的氧气,反应后的物质用作一次电池,以水蒸气或二氧化碳的形式排出。另一方面,在氧化还原液流电池的情况下,正极材料和负极材料均是液体,并且反应后的液体返回到罐中而不会通过排出而排出废气。通过向电池施加反向电压可以引起反向反应,并且可以将其恢复为正极材料和负极材料。如上所述,氧化还原液流电池主要用作二次电池。

对于燃料电池,对于每种方法,正在研究使用氢,化石燃料等作为氢原料。当使用氢气直接化石燃料和重整通过取出利用氢。

已经主要根据所使用的电解质的类型研究了四种类型的燃料电池。碱性电解质燃料电池(AFC)是常规方法,并且被认为在将来用途有限。生物燃料电池与其他系统完全不同,并且有很多不清楚的地方。

聚合物电解质燃料电池(PEFC)

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高分子电解质燃料电池(PE(M)FC、高分子电解质(膜)燃料电池)通过正离子交换膜将氧化剂供给至正极,将还原物质(燃料)供给至负极。发电。当诸如Nafion的质子交换膜用作离子交换膜时,它也被称为质子交换膜燃料电池(PEMFC)。启动速度快,工作温度低至80-100°C。在使用氢作为燃料的情况下,昂贵的铂被用作催化剂,并且如果燃料中存在一氧化碳,则催化剂中的铂会劣化。发电效率约为30-40%,在燃料电池中相对较低。

实际用途仅次于磷酸型,但发电效率低。减少用作催化剂的铂的量以及提高用作电解质的氟基离子交换树脂的耐久性和成本是未来的问题。

由于其可以在室温下操作并且尺寸和重量减小,因此期望将其应用于便携式设备,燃料电池车辆等。

磷酸燃料电池(PAFC)

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磷酸燃料电池(PAFC)通过用磷酸(H 3 PO 4)的水溶液作为电解质浸渍隔板来使用。工作温度约为200°C,发电效率约为40%LHV。由于如在聚合物电解质燃料电池中那样铂被用作催化剂,所以燃料中一氧化碳的存在使催化剂的铂劣化。因此,当将天然气等用作燃料时,必须预先通过蒸汽重整/一氧化碳转化反应产生一氧化碳浓度为约1%的氢,并将其供应至电池主体。

100 / 200kW级的组件作为现场热电联产系统投放市场,将被安装在工厂建筑物等需求设施中,商用机器的使用寿命已达40,000小时以上(无需更换烟囱和重整炉)已实现。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

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熔融碳酸盐燃料电池(MCFC,熔融碳酸盐燃料电池),(H氢离子+的碳酸根离子(CO代替)2中使用),熔融碳酸盐(碳酸锂,碳酸钾等)的电解质如所使用的,隔板被浸渍。因此,不仅氢气天然气和煤可以是气体作为燃料。工作温度约为600℃-700℃。在常温下,固体碳酸盐可用作电解质,因为它会在接近工作温度的情况下熔化。作为PAFC的替代产品,将250kW级封装引入市场。发电效率约为LHV的45%。与PEFC和PAFC不同,不必担心一氧化碳中毒,因为它不使用铂催化剂,并且有利于利用废热。尽管这是一种内部重整方法,但似乎通常在系统中安装了用于预重整的重整器。预计将有替换火力发电厂的应用。

在正常燃烧反应中,由于空气中存在氮,因此废气中二氧化碳浓度的上限约为20%,并且必须使用氧气代替空气以进一步增加二氧化碳浓度。然而,在MCFC中,碳酸根离子介入电池反应,并且空气电极侧的二氧化碳和氧气选择性地移动并累积在燃料电极侧,因此燃料电极侧的排气中的二氧化碳浓度达到约80%。利用该性质,已经尝试用MCFC回收二氧化碳。在日本经济产业省作为辅业中国电力公司,中部电力公司是联合实施

固体氧化物燃料电池(SOFC)

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固体氧化物燃料电池(SOFC)也被称为固体氧化物燃料电池,并且需要700-1,000℃的工作温度,因此需要高度耐热的材料。另外,开始/停止时间很长。离子的氧化物高渗透性稳定作为电解质的氧化锆和镧,镓的钛矿型氧化物离子传导性,例如陶瓷时,由阴极产生的氧化物离子(O 2-)通过电解质发送通过在燃料极与氢或一氧化碳反应生成电能。因此,不仅需要对氢气进行脱,而且还需要对天然气和煤气进行脱硫,而且还需要进行简单的蒸汽重整过程(不需要除去一氧化碳,并且不需要在燃料中包含一些未重整气体的重整)。质量),并可用作燃料。由于激活电压降小,发电效率高,并且在某些情况下,已经实现了56.1%的LHV。它也被开发为家用和商用的1kW-10kW等级。原则上,可以在发电部分进行重整(在包含镍的燃料电极中进行内部直接重整),但是为了防止由于吸热反应而在发电部分发生极端的温度变化,可以使用预重整器(由于发电反应而产生的热和反应)。通常利用燃烧后一种燃料的热量进行间接内部重整。用于其他燃料电池,例如聚合物电解质燃料电池不需要诸如铂或钯的贵金属基催化剂,并且将由镍和电解质陶瓷制成的金属陶瓷用作燃料电极,并将导电陶瓷用作空气电极。如果将燃烧废气用于燃气轮机发电和蒸汽发电,则大型SOFC有望实现极高的总发电效率,并且有望用作火力发电厂的替代品。

NGK Co.,Ltd.于2009年6月11日宣布,它已开发出独特的SOFC,其发电效率(LHV)达到世界最高水平,达到63%,燃料利用率达到90%。

2011年10月,JX Nippon Oil&Energy发行了世界上xxx个商用SOFC 能源农场

碱性电解质燃料电池(AFC)

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碱性电解质型燃料电池(AFC,碱性燃料电池)时,氢氧根离子的离子导体,所述碱构成与所述电极之间的隔板的电解质溶液浸渍细胞。与PEFC相似,也已经报道了使用聚合物膜的类型。因为结构最简单并且在碱性气氛中使用,所以可以使用便宜的电极催化剂,例如氧化镍,并且因为在室温下使用液体电解质可以简化电池结构,该燃料电池是高度可靠的并且已经在太空应用中投入实际使用。另一方面,当从重整的基于烃的燃料中取出氢时,如果将烃混合,则碱性电解质会产生碳酸盐并且劣化。类似地,当使用空气作为氧化剂时,电解质溶液由于吸收二氧化碳而劣化,因此必须使用高纯度的氧气作为氧化剂。为了增加氢的纯度,通过渗透钯膜来增加纯度。由于电解质是水溶液,因此将操作温度范围限制为电解质不会冻结或蒸发的温度。另外,由于离子迁移率(扩散系数)根据温度而变化并影响发电,因此温度条件很严格。氢燃料的纯度很重要,因为通过配位一氧化碳,碳氢化合物,氧气,水蒸气等会降低镍基催化剂的活性。不希望使用包含这些作为杂质的重整氢。

直接燃料电池(DFC)

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直接燃料电池(DFC)是不使用重整器就直接向电池堆供应燃料的类型,它使用甲醇乙醇二甲醚、肼、甲醛甲酸氨水等。已经尝试过。换句话说,DFC不是燃料电池本身的术语。所有固体氧化物燃料电池都属于DFC。当在用作燃料的物质中包含碳时,通过反应生成二氧化碳并排放(发电)。因此,不能使用碱性水性电解质,因为它会产生碳酸盐。在使用诸如肼的还原性燃料的情况下,不需要贵金属催化剂,因此,作为不含贵金属的液体燃料燃料电池,它引起了关注。根据使用的是燃油泵还是散热风扇,类型分为被动型和主动型。燃料电极铂另外,反应中间体一氧化碳被强烈吸附(中毒),导致反应速度慢,当使用水溶性高的燃料时会发生燃料交叉。重量轻。直接甲醇燃料电池(DMFC)适用于约数十mW-10W的小规模小发电。这些被认为用作小型便携式电子设备的电源。在另一方面也有那些具有在静止1千瓦类的发电能力 

生物燃料电池(BFC)

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它是一种应用生物系统食物中提取能量的燃料电池。酶和微生物用作氧化燃料的催化剂。在使用酶的燃料电池中,稳定地抵抗环境变化的强大酶是必不可少的,并且在研究和开发中,延长酶的寿命是一个问题。血液中葡萄糖植入使用心脏起搏器的已经进行了发展。从在废水中使用有机物质的观点出发,经常研究使用微生物的燃料电池。

类似的研究包括“太阳能生物燃料电池”,其通过光合作用植物的生物系统应用于植物。

燃料电池的国际标准

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1998年,TC105(国际电工委员会(IEC)的第105个技术委员会)成立,以讨论与燃料电池相关的电气领域的标准化,并且已经定义了八个标准。电场外的标准化由国际标准化组织(ISO)进行

传播挑战

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扩散燃料电池的xxx问题是成本。购买时的初始成本和使用期间的运行成本都很高,这阻碍了价差。另外,已经指出了诸如改善耐久性和发电效率,延长电解质的寿命以及改善基础设施之类的问题。公共部门和私营部门都在继续努力克服这些挑战。除了地方政府和公司着手进行汽车基础设施建设的实例,还提供了在家中安装的补贴

特别是,2011 2011年3月11日的东日本大地震和随后的日益流行,尽管情况并不一定是能源成本的此刻的储蓄,这也足以增加补贴的预算。补贴额也随着价格的下降而减少。尽管这些实例也被视为以释放装备有太阳能电池一所房子,蓄电池,已指出了进一步减少这些“电池”成本的需求。近年来,热电联产作为一种,上网电价国家也看到帮助除了主题

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词条目录
  1. 燃料电池
  2. 聚合物电解质燃料电池(PEFC)
  3. 磷酸燃料电池(PAFC)
  4. 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
  5. 固体氧化物燃料电池(SOFC)
  6. 碱性电解质燃料电池(AFC)
  7. 直接燃料电池(DFC)
  8. 生物燃料电池(BFC)
  9. 燃料电池的国际标准
  10. 传播挑战

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