质子陶瓷燃料电池

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质子陶瓷燃料电池或PCFC是一种基于陶瓷固体电解质材料作为从阳极到阴极的质子导体的燃料电池。这些燃料电池通过从氢原子中去除一个电子,将带电的氢原子推过陶瓷膜,并在与氧的反应过程中将电子返回到陶瓷膜另一侧的氢上来发电。PCFC中许多提议的燃料的反应产生电力和热量,后者使设备保持在合适的温度。通过大多数已发现的陶瓷电解质材料实现有效的质子传导性需要将工作温度提高到600-700摄氏度左右,但中温(20...

质子陶瓷燃料电池

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质子陶瓷燃料电池或PCFC是一种基于陶瓷固体电解质材料作为从阳极到阴极的质子导体的燃料电池。这些燃料电池通过从原子中去除一个电子,将带电的氢原子推过陶瓷膜,并在与氧的反应过程中将电子返回到陶瓷膜另一侧的氢上来发电。PCFC中许多提议的燃料的反应产生电力热量,后者使设备保持在合适的温度。通过大多数已发现的陶瓷电解质材料实现有效的质子传导性需要将工作温度提高到600-700摄氏度左右,但中温(200-400摄氏度)陶瓷燃料电池和低温替代品是一个活跃的研究领域。除了氢气,在中温和高温下运行的能力使得能够使用各种液态氢载体燃料,包括:氨和甲烷。该技术具有高温熔融碳酸盐和固体氧化物燃料电池的热和动力学优势,同时展示了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和磷酸燃料电池(PAFC)中质子传导的所有内在优势。质子陶瓷燃料电池在阴极排放水,在阳极排放未使用的燃料、燃料反应产物和燃料杂质。陶瓷膜的常见化学成分是锆酸钡(BaZrO3)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)以及这些材料与其他陶瓷氧化物的复合固溶体。

质子陶瓷燃料电池

一些质子陶瓷燃料电池在足够高的温度下运行,燃料可以在阳极被电化学氧化,不需要通过重整过程产生氢气的中间步骤。在这种情况下,碳氢燃料的气态分子在水蒸气存在的情况下被吸附在阳极表面,二氧化碳作为主要反应产物;氢原子被有效地剥离成H+离子,然后移动到电解质的另一侧(阴极),在那里它们与空气中的氧气反应生成水。其他PCFC在较低温度下运行,除电化学催化剂外还使用化学催化剂来生产用于还原反应的氢气。

应用和商业开发

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已经提出在200-400摄氏度的中间温度下运行的PCFC用于重型卡车运输。使用PCFC的远程电力应用已在加拿大油井中得到证明。

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