燃料电池_3-6_固体氧化物燃料电池详解

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固体氧化物燃料电池的原理及制备方法

固体氧化物燃料电池与其制备工艺文献综述固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普与应用的一种燃料电池。

它除了具有一般的燃料电池的高效率，低污染的优点外，SOFC还具有以下特点：⑴ SOFC的工作温度可达1000摄氏度，是目前所有燃料电池工作温度最高的经由热回收技术进展热电合并发电，可以获得超过80%的热电合并效率。

⑵SOFC的电解质是固体，因此没有电解质蒸发与泄露的问题。

而且电极也没有腐蚀的问题，运转寿命长。

此外，由于构成材料的池体材料全部是固体，电池外形具有灵活性。

⑶SOFC在高温下进展化学反响，因此，无需使用贵重金属作为触媒，且本身具有重整能力，可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，简化了电池系统。

⑷ SOFC能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统。

⑸SOFC具有较高的电流密度和功率密度。

⑹SOFC的系统设计简单，发电容量大，用途较为广泛。

固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气与生物质气等多种碳氢燃料。

SOFC的应用围相当广泛，几乎涵盖了所有的传统的电力市场，包括宅用、商业用、工业用以与公共事业用发电厂等，甚至便携式电源、移动电源、偏远地区用电与高品质电源等，还可作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源。

其中以静置型的商业用电源、工业用热电合并系统与小型电源市场较为看好。

[1]2．固体氧化物燃料电池开展背景燃料电池的历史可以追溯到1839年，SOFC的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃开展。

简述五大燃料电池工作原理和特点

简述五大燃料电池工作原理和特点简述五大燃料电池工作原理和特点可以按燃料类型分类，或者工作温度分类，但一般都是以电解质的类型来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PENFC)五大类。

碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。

原理使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与羟基（OH）从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。

这些电子是用来为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。

负极反应：2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-正极反应：O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-碱性燃料电池的工作温度大约80℃。

因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。

不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。

如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。

此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。

特点低温性能好，温度范围宽，并且可以在较宽温度范围内选择催化剂，但是才用的碱性电解质易受CO2的毒化作用因此必须要严格出去CO2，成本就偏高。

磷酸燃料电池（PAFC）磷酸燃料电池（PAFC）是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。

正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。

磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150 - 200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。

其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

燃料电池简介

2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
质子交换膜燃料电池PEMFC
• 质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂；2)电极（阴极与阳极）；3）质子交换膜；4）双极板。 • 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。 • 每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。 • 质子交换膜燃料电池PEMFC 以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长、重量轻、无腐蚀性、不受二氧化碳的影响，能量来源比较广泛等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统。可以考虑用来发展燃料电池汽车（FCEV）。
……
燃料电池的发展现状
燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型 (Stationary)、交通运输型(Transport)； 2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。

固体氧化物燃料电池

氧离子在电解质隔膜两侧电势差与氧浓度差驱动力的作用下通过电解质隔膜中的氧空位定向跃迁到阳极侧并与燃料进行氧化反sofc的结构阳极阳极的主要作用是为燃料的电化学氧化提供反应场所所以sofc阳极材料必须在还原气氛中稳定具有足够高的电子电导率和对燃料氧化反应的催化活性还必须具有足够高的孔隙率以确保燃料的供应及反应产物的排由于sofc在中温高温下操作阳极材料还必须与其它电池材料在室温至操作温度乃至更高的制备温度范围内化学上相容热膨胀系数相匹配
（3）金属陶瓷的稳定性

Ni和YSZ在还原气氛中均具有较高的化学稳
定性，并且在室温至SOFC操作温度范围内无相
变产生。 Ni-YSZ在１０００℃以下几乎不与电
解质ＹＳＺ及连接材料LaCrO3发生反应。
（４）Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷的导电性
Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷阳极的导电率和其中的Ｎｉ含量密切相关。当Ｎｉ的比例低于３０％时Ｎｉ－ＹＳＺ金属陶瓷的导电性能与ＹＳＺ相似，说明此时通过ＹＳＺ相的离子导电占主导地位；但当Ｎｉ的含量高于３０％时，由于Ｎｉ粒子互相连接构成电子导电通道，使Ｎｉ－ＹＳＺ复合物的电导率增大三个数量级以上，说明此时Ｎｉ金属的电子电导在整个复合物电导中占主导地位。
４＊ＹＳＺ的机械性能ＹＳＺ在室温下的弯曲强度为３００～４００ＭＰａ，断裂韧性为３ＭＰａ＊ｍ１／２．在ＳＯＦＣ的研究与开发过程中，迫切需要提高电解质材料的强度和韧性，采用最多的方法是在ＹＳＺ中掺入一种或几种其它氧化物。
（二）Ｓｒ﹑Ｍｇ掺杂的ＬａＧａＯ３（ＬＳＧＭ）１＊ＬＳＧＭ的合成ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反应法。按化学计量
（６）多孔性ＳＯＦＣ的阴极必须具有足够的孔隙率，以确保活性位上氧气的供应。
阴极材料及性能

燃料电池简介

阳极：
H2 2H++2e
阴极：
1/2O2+2H++2e
H2O
燃料电池的分类
目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展：
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）
采用氢氧化钾溶液作为电解液
磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）
总结
燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。
燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，解决了火力发电使全球环境污染的问题，是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有所作为，跟上全球技术发展的步伐。
DMFC：直接甲醇燃料电池； MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池； PAFC：磷酸盐型燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
燃料电池的发展现状
全球燃料电池生产数量的区域分布
资料来源：Fuel Cell Today
最新科技
------美国空军学院研究无人机用氢燃料电池技术
我国研究开发进展
我国2类碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验。国家已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目，以大连化学物理所为牵头单位，在国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系统的研究，并组装了多台各种功率（1kw~25kw）的电池组和电池系
采用200℃高温下的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）

说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)

说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理(一)说明固体氧化物燃料电池的结构和工作原理介绍固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、低污染的能源转换设备。

它利用固体氧化物作为电解质，将化学能转化为电能，广泛应用于电力和燃料领域。

结构固体氧化物燃料电池的主要结构有以下几个部分：1.阳极：阳极是燃料一侧的电极，常用材料是镍（Ni）或含铈质的材料。

它具有良好的催化性能，能够使燃料与电解质进行反应。

2.阴极：阴极是氧化剂一侧的电极，常用材料是钇稳定氧化锆（YSZ）等，能够吸收氧气并与电解质发生反应。

3.电解质：电解质是固体氧化物燃料电池中的核心部分，常用材料有钇稳定氧化锆、钡稳定氧化钇（BCY）等。

它具有高离子电导率和低电子导率，能够传输氧离子并阻止电子的流动。

4.连接体：连接体用于连接阳极和阴极，常用材料是钇稳定氧化锆等，具有导电性质。

5.当前集流体：当前集流体用于收集由电解质传输的氧离子，并将其导入外部电路。

6.电极反应层：电极反应层位于阳极和阴极的界面上，能够促进燃料和氧化剂的反应。

工作原理固体氧化物燃料电池的工作过程可以分为以下几个步骤：1.燃料（如氢气、天然气等）被供应到阳极一侧，同时氧化剂（如氧气）被供应到阴极一侧。

2.在阳极上，燃料发生氧化反应，产生电子和氧离子（O^2-）：H_2 + 2O^{2-} -> 2H_2O + 4e^-3.氧离子通过电解质传输至阴极。

在传输过程中，电子通过外部电路流动形成电流，完成能量转换。

4.在阴极上，氧离子与氧化剂反应生成氧气：O^{2-} + 1/2O_2+ 2e^- -> O_2-5.这个过程持续进行，从而形成稳定的电流输出。

固体氧化物燃料电池具有高能量转换效率、低排放和燃料灵活性的特点，在电力和燃料领域具有广阔的应用前景。

它被广泛应用于发电站、交通工具、家用电器等领域，为可持续能源发展做出了重要贡献。

固体氧化物燃料电池名词解释

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种新型的高效、环保的能源转换装置，它能将化学能转化为电能。

它的工作原理是通过将燃料（通常是天然气或者煤气）和氧在一个固态电解质中进行反应，产生电流和水蒸气。

固体氧化物燃料电池的主要部件包括：
•加热器：负责将燃料加热到适当的温度，使其与氧在电解质中反应。

•燃料供应系统：负责将燃料供应到加热器中。

•氧供应系统：负责将氧供应到电解质中。

•固体电解质：是一种能够在高温下与氧反应的固态物质，常用的固体电解质包括氧化钨、氧化铌等。

•电极：负责将电子传递到外部电路中。

•散热器：负责将反应产生的热量散热到环境中。

固体氧化物燃料电池具有高效率、环保、无污染等优点，因此被广泛应用于工业、交通运输、住宅等领域。

固体氧化物燃料电池

平板型SOFC
平板型SOFC的空气/YSZ固体电解质/
燃料电极烧结成一体，组成“三合一”
结构，其间用开设导气沟槽的双极板连接，使其间相互串联构成电池组。
平板型SOFC的优点：
“三合一”组件制备工艺简单，造价低，由于电流收集均匀，流经路径短，使平板型电池的输出功率密度较管式高。
平板型SOFC的缺点：
在ＳＯＦＣ中，ＹＳＺ的最重要的用途是制备成致密的薄膜，用于传导氧离子和分隔燃料与氧化剂。ＳＯＦＣ阴极－电解质－阳极“三合一”组件有两种基本结构：电解质支撑型和电极支撑型。两种不同结构 “三合一”组件的电解质薄膜厚度不同。电解质支撑型的ＹＳＺ薄膜厚度一般在０．２ｍｍ以上，电极支撑型的ＹＳＺ薄膜厚度一般在５－２０μｍ之间。
阳极材料的基本要求：
（1）稳定性在燃料气氛中，阳极必须在化学、形貌和尺
度上保持稳定。（2）电导率阳极材料在还原气氛中要具有足够高的电子
导电率，以降低阳极的欧姆极化，同时还具备高的氧离子
导电率，以实现电极立体化。（3）相容性阳极材料与相接触的其它电池材料必须在室
温至制备温度范围内化学上相容。
在ＺｒＯ２晶格中，每引入Ｙ３＋，就有一个氧空
位产生。
Sr、Mg掺杂的LaGaO3 (LSGM)
ＬＳＧＭ电解质材料的合成通常采用高温固相反应法。按化学计量比将Ｌａ２Ｏ３﹑Ｇａ２Ｏ３和掺杂剂ＳｒＣＯ３ ﹑ＭｇＯ混合均匀，在１０００℃
焙烧３６０ｍｉｎ，将得到的粉料重新研磨，将粉
料在１５００结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨１２
０ｍｉｎ，即可获得ＬＳＧＭ粉料。
ＬＳＧＭ的结构
ＬａＧａＯ３具有扭曲的钙钛矿结构，倾斜的ＧａＯ６八面Ｌａ位于正六面体的中心，组成正交结构的晶胞。

四种燃料电池的反应原理

四种燃料电池的反应原理燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其基本原理是通过利用电化学反应将燃料和氧气直接转化为电能和热能。

根据不同的燃料和电解质以及反应机制，燃料电池可以分为四种类型，分别为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。

1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：质子交换膜燃料电池是一种常用的燃料电池类型。

其基本原理是利用质子交换膜作为电解质，通过氢气和氧气在阳极和阴极上的电化学反应产生电能。

具体反应为，阳极：H2 →2H+ + 2e-；阴极：1/2O2 + 2H+ + 2e- →H2O。

两个半反应结合，可以得到全反应方程：H2 + (1/2)O2 →H2O。

该反应是通过质子在质子交换膜中传输而实现的。

2. 碱性燃料电池（AFC）：碱性燃料电池是一种较早期开发的燃料电池类型，其原理与质子交换膜燃料电池有所不同。

碱性燃料电池使用的是碱性溶液（如氢氧化钾溶液）作为电解质，通过氢气和氧气在阳极和阴极上的电化学反应产生电能。

具体反应为，阳极：2H2 + 4OH- →4H2O + 4e-；阴极：O2 + 2H2O + 4e- →4OH-。

两个半反应结合，可以得到全反应方程：2H2 + O2 →2H2O。

该反应是通过氢离子在碱性溶液中传输而实现的。

3. 直接甲醇燃料电池（DMFC）：直接甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料的燃料电池类型。

其基本原理是利用质子交换膜作为电解质，通过甲醇在阳极上的氧化反应和氧气在阴极上的还原反应产生电能。

具体反应为，阳极：CH3OH + H2O→CO2 + 6H+ + 6e-；阴极：3/2O2 + 6H+ + 6e- →3H2O。

两个半反应结合，可以得到全反应方程：CH3OH + 3/2O2 →CO2 + 2H2O。

该反应是通过质子在质子交换膜中传输而实现的。

4. 固体氧化物燃料电池（SOFC）：固体氧化物燃料电池使用固态氧化物材料（如氧化锆）作为电解质。

固体氧化物燃料电池(特点、结构组成、原理)

固体氧化物燃料电池（特点、结构组成、原理）固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。

固体氧化物燃料电池特点固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。

在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

固体氧化物燃料电池结构组成固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。

固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode，fuel electrode)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。

固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。

其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。

工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。

在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。

燃料电池分类及其特点

燃料电池分类及其特点按电解质分类的这几种燃料电池具有各自的工作特性和适用范围，并且处于不同的发展阶段。

碱性燃料电池的效率很高，发展非常成熟，但其工作条件要求隔绝C02，应用领域主要集中在航天方面。

有关“燃料电池分类及其特点”的详细说明。

1.燃料电池分类(1)按电解质分类目前最常用的分类方法是按燃料电池所采用的电解质的类型分类。

根据燃料电池中使用电解质种类的不同，通常可分为以下五类。

①质子交换膜燃料电池(PEMFC)：通常以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质。

②碱性燃料电池(AFC)：一般以碱性的氢氧化钾溶液为电解质。

③磷酸燃料电池(PAFC)：以浓磷酸为电解质．④熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)：以熔融的锂-钾或锂-钠碳酸盐为电解质。

⑤固体氧化物燃料电池(SOFC)：以氧离子导体固体氧化物为电解质。

按电解质分类的这几种燃料电池具有各自的工作特性和适用范围，并且处于不同的发展阶段。

碱性燃料电池的效率很高，发展非常成熟，但其工作条件要求隔绝C02，应用领域主要集中在航天方面。

磷酸燃料电池技术已经非常成熟，被称为第一代燃料电池，它是最接近商业化的燃料电池，但磷酸燃料电池需要用到贵金属铂催化剂，成本较高，且其工作温度不够高，余热利用价值低。

熔融碳酸盐燃料电池发展较早，被称为第二代燃料电池，固体氧化物燃料电池的研究则起步较晚，被称为第三代燃料电池，这两种燃料电池工作效率高，被认为最适合实现热电联供，性能良好，但由于其工作温度较高，所以对电池材料的要求也较高。

质子交换膜燃料电池技术近期发展迅速，采用较薄高分子隔膜作电解质，具有很高的比功率，而且工作温度较低，特别适合作为便携式电源和新能源汽车车载电源，但目前的主要问题是成本太高。

(2)按工作温度分类根据工作温度的不同，燃料电池可分为以下四类。

①低温燃料电池：工作温度范围一般是25-100℃，如固体聚合物电解质燃料电池。

②中温燃料电池：工作温度范围一般是100-500℃，如磷酸型燃料电池。

氢燃料电池的分类及特点

氢燃料电池的分类及特点
氢燃料电池是一种利用氢气作为燃料来产生电能的装置。

根据不同的电解质、反应物和反应方式的不同，氢燃料电池可以分为多种类型。

以下是一些常见的氢燃料电池类型及其特点：
1. PEMFC（质子交换膜燃料电池）：使用薄膜作为电解质，电解质中的质子（H+）与氢气在阳极处反应，经过电解质膜运动到阴极处，与氧气反应，产生水和电能。

这种电池具有高效率、快速启动、可控性好等优点。

2. SOFC（固体氧化物燃料电池）：使用固体氧化物作为电解质，需要高温（800-1000℃）下运行。

它能够利用各种燃料，包括氢气、天然气、煤气等，在氧化物阳极处产生电子和氧离子，氧离子经过电解质膜运动到阴极处，与燃料反应产生水和电能。

它具有高效率、长寿命、低排放等优点。

3. AFC（碱性燃料电池）：使用碱性电解液作为电解质，需要高纯度氢气供应。

它的反应速度快，低温下运行，但稳定性较差，容易受到污染物的影响。

4. DMFC（直接甲醇燃料电池）：使用甲醇水溶液直接作为燃料，无需氢气和外部燃料处理系统。

它具有简单、轻便、易于携带等优点，但需要高浓度甲醇才能达到较高效率。

总的来说，氢燃料电池具有高效、环保、零排放等优点，但目前其在成本、供氢等方面还存在一些挑战，需要进一步发展。

各种燃料电池的第几代是怎么划分的？

各种燃料电池的第几代是怎么划分的？非常感谢悟空问答的邀请，也很幸运前不久我刚做过关于燃料电池介绍的一个小报告，对于燃料电池近来的发展有所了解。

在我查阅的很多文献里，并没有具体的给燃料电池按代来定义，我的理解是：因为这几种燃料电池并没有替代关系，他们是不同形式的燃料电池，各有优劣。

但是一定要按照出现的年代先后来分的话，还是可以的：第一代燃料电池：碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）AFC是最早得到实际应用的一种燃料电池，早在19世纪60年代，美国航空航天局（N A S A）就成功地将培根型碱性燃料电池用于阿波罗宇宙飞船，不但为飞船提供电力，还为宇航员提供饮用水。

但是由于AFC在陆地上使用会受到空气中CO2的毒化，导致其使用寿命较短，因此除在航空航天领域外，大部分的相关研究在上世纪七八十年代就终止了。

第二代磷酸燃料电池（Phosphorous Acid FuelCell，PAFC）A F C采用浓磷酸作为电解质，选用聚四氟乙烯（PTFE）粘结成的碳化硅（SiC）粉末作为隔膜材料，其厚度一般为100 ～200μm。

P A F C隔膜两边分别是附有铂（P t）/碳（C）催化剂的多孔石墨阴极和阳极。

PAFC作为一种技术最成熟、发展最快、最接近实用的燃料电池，曾引起人们极大地关注。

ONS I公司在PAFC技术上处于世界领先地位，1990年开始向全世界销售200kW的PC25型PAFC固定电站系统，最长满负荷连续运行时间达到9500h，最长运行时间达到3.7万h。

但是由于电池功率密度低，制造成本高，寿命短等原因没有能够推广。

第三代固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）SOFC是一种高温型全固体燃料电池，其电解质是固体氧化物陶瓷材料。

传统的S O F C电解质最常用氧化钇稳定的氧化锆（Y S Z）、镍基阳极和钙钛矿结构的锰酸镧（L S M）基阴极。

固体氧化物燃料电池属于高温燃料电池，其排气有较高的温度，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。

燃料电池种类工作原理及结构

• 阳极反应： 2H2+2CO32- →2CO2+2H2O+4e-
• 电池反应： O2+2H2 →2H2O
MCFC 的工作原理
MCFC的结构
2.4质子交换膜燃料电池（PEMFC）
• 2.4．1质子交换膜燃料电池简介
• 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
天然气
煤气、沼煤气、沼
氧• 化固剂体氧纯化氧物燃料空电气池(SOF空C气)
气
(solid空o气xide
气
fu空el气cell)
效率
60%~90% 37%~42% 43%~58% 50%~
50%~65%
使用温度 60~120 160~220 60~120 600~1000 600~1000
2.1碱性燃料电池（AFC）
阳极反应：
2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e阴极反应：
O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH总反应：
O2+2H2 →2H2O
图10－8 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
2.2 磷酸燃料电池（PAFC）
• PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂，浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质， Pt/C 作催化剂，工作温度 200℃ 。