新能源材料第八章熔融碳酸盐燃料电池MCFC
熔融碳酸盐燃料电池
集流体/隔离板
目前在大多数设计中，都将集流体、隔离板和气体 通道这几个功能件由一个金属构件来完成。
集流体的一边与阴极和氧化剂接触，另一边与阳极 和燃料气接触，称之为双极性集流体。
双极性集流体和电解质基板边缘之间靠电解质张力
实现湿密封，防止气体流出。
双极性集流体一般都用不锈钢(如316，310)做成，在 电池工作环境中，阴极侧的不锈钢表面生成LiFeO2， 其内层又有氧化铬，均可起到钝化膜的作用，减缓不 锈钢腐蚀速度。由于310的铬镍含量高于316，因此它
MCFC的主要优点：
1）工作温度高（650 ℃），电极反应活化能小，不论氢 的氧化还是氧的还原，都不需要高效催化剂，节省了贵金 属的使用，降低了成本； 2）可以使用CO含量高的燃料气，如煤制气； 3）电池排放的余热温度高达 673K之多，可用于底循环或 回收利用，使总的热效率达到80％； 4 ）可以不用水冷却，而用空气冷却，尤其适用于缺水的 边远地区。
持在4kPa以下，以防气体越过电解质基板。
3 ）温度：虽然 MCFC 的开路电压随温度上升而下
降，但由于温度升高，熔盐电阻下降，特别是阴极
反应电阻大大下降，因而电池的工作电压随温度上
升而增高，从这个角度讲，温度升高是有利的。
下图为电池开路电压、闭路电压 (150mA/cm2) 与工
作温度的关系。
的耐腐性能更好。
阳极侧的不锈钢腐蚀速度大于阴极侧，尤其是 316 。
因此，目前只考虑用镍、铜或铬/不锈钢双金属复合板
制作双极性集流体（双极板）。
影响MCFC系统性能的主要因素
1）CO2分压
CO2是MCFC阴极活性物质，又是阳极反应的产物。 在阴极区和阳极区与电解质呈平衡的CO2分压是不 同的，当利用能斯待方程计算电池的电动势时，电 池电动势是有差别的。加大阴极区CO2分压，可使 电池电动势增加，即要使电池正常工作，必须提供 足够量的CO2 。
熔融碳酸盐燃料电池工作原理
熔融碳酸盐燃料电池工作原理熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）是一种高温燃料电池，其原理基于碳酸盐的导电性质。
相比其他类型的燃料电池，MCFC具有较高的效率和较低的碳排放，因此被广泛研究和应用于能源领域。
MCFC的工作原理涉及到碳酸盐的离子导电性。
碳酸盐是一种能够在高温下导电的化合物，当温度达到一定程度时，碳酸盐会分解成离子，其中包括氧离子（O2-）和碳酸根离子（CO3^-2）。
这些离子在高温下能够在固体内部移动，因此MCFC的电解质通常由熔融碳酸盐组成。
MCFC的电解质通常由锂钡钠碳酸盐（LiBaNaCO3）等熔融盐混合物构成。
在高温下，这些盐会熔化形成液态电解质。
液态电解质中的离子能够在固体电极（阳极和阴极）之间进行传导，从而形成电流。
MCFC的阳极和阴极通常由钴氧化物和镍氧化物等催化剂构成。
在阳极处，燃料（如氢气或甲烷）被供应，并与来自外部电路的电子反应产生氢离子（H+）。
这些氢离子在液态电解质中移动，穿过电解质层，到达阴极。
在阴极处，氢离子与氧气反应生成水（H2O）。
同时，阴极上的电子通过外部电路流回阳极，与燃料供应电路相连。
这个过程产生的电子流就是MCFC的输出电流。
MCFC的工作温度通常在600℃到700℃之间，这是为了保证碳酸盐的离子导电性。
高温下，碳酸盐能够快速分解和重新组合，从而实现高效的离子传导。
此外，高温还有助于提高催化剂的反应活性，从而提高电池的效率。
与其他类型的燃料电池相比，MCFC具有几个优势。
首先，MCFC 不受氢气纯度的限制，可以直接使用含有杂质的燃料，如甲烷等。
其次，MCFC的效率较高，可以达到60%以上，比传统的发电方式更加节能环保。
此外，MCFC的碳排放量也相对较低，对环境的影响较小。
然而，MCFC也存在一些挑战和限制。
首先，高温对材料的要求较高，需要耐高温和化学稳定性的材料来构建电池。
此外，高温下的操作和维护也会增加系统的复杂性和成本。
熔融碳酸盐燃料电池工作原理
熔融碳酸盐燃料电池工作原理MCFC的主要组成部分包括阳极、阴极和电解质。
阳极和阴极之间是电解质层，它通常由碳酸盐盐（比如碳酸钠、碳酸锂等）形成的熔融电解质组成。
阳极和阴极则是由催化剂（如镍）覆盖的多孔金属材料构成。
工作过程中，熔融的碳酸盐电解质使得碳酸盐离子变得可以移动。
在阳极一侧，燃料（通常为天然气、煤气或生物气体等）进入电池，通过一个气体分解反应，产生氢气和二氧化碳。
这个反应由阳极上的催化剂促进。
氢气离子自由通过电解质层向阴极一侧迁移。
同时，二氧化碳被碳酸根离子吸收并转化为碳酸根离子。
在阴极一侧，氢气和碳酸根离子相结合，通过氧化反应还原成水和二氧化碳。
整个过程中，氢气的氧化反应释放出电子，这些电子通过外部电路流动，产生电流和电力。
电力可以被电池用于供电，也可以通过外部连接导出供应给其他设备或系统。
同时，电子的流动也导致负离子（碳酸根离子）与正离子（氢气离子）的迁移，维持了电池的整体电中性。
MCFC的优点有很多。
首先，熔融碳酸盐电解质的高温度使得电池的性能更高。
高温下，氢气的氧化速度更快，反应更活跃，可以提供更高的输出功率密度。
其次，MCFC使用非贵金属催化剂，制造成本相对较低。
此外，MCFC还具有高效能，废热可以被回收利用，产生低级能量。
然而，MCFC也有一些挑战和缺点。
首先，高温环境下，电池的乘数变高，维护和故障排除的成本较高。
此外，由于碳酸盐电解质的易溶性，使用寿命较短。
此外，使用碳酸盐电解质会产生二氧化碳，可能导致环境污染。
总的来说，熔融碳酸盐燃料电池是一种高温燃料电池，具有高效能、高输出功率密度和低制造成本的特点。
它可以用于电力和热能产生，为未来能源领域提供了一个可行的解决方案。
熔融碳酸盐燃料电池单体实验研究
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ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐
燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的高效电池，其电极反应直接影响着电池的性能和稳定性。
而在燃料电池中，ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为一种重要的材料，在电极反应过程中发挥着重要作用。
让我们来了解一下什么是ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐。
在燃料电池中，使用熔融碳酸盐作为电解质的燃料电池被称为碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）。
ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐则是指在MCFC中使用甲烷（CH4）作为燃料，并通过电极反应将其转化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）的过程。
在ch4燃料电池中，电极反应式熔融碳酸盐的性质和反应机制对燃料电池的性能和稳定性至关重要。
这涉及到电极反应的速率、效率和稳定性等方面。
对熔融碳酸盐的性质和电极反应机制有深入的了解至关重要。
具体来说，熔融碳酸盐具有高离子导电性能和较低的固体电解质阻抗，这使得在高温条件下，燃料电池能够发挥出更高的性能。
而对于ch4电极反应来说，理论上它可以将甲烷直接氧化为CO2和H2O，并释放出电子，从而产生电能。
在ch4燃料电池中，电极反应的速率和效率直接影响着电池的功率密度和能量转化效率。
另外，熔融碳酸盐在反应过程中也会受到一些影响，比如碳偏析、金属沉积以及电极的稳定性等问题。
对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究中，需要综合考虑材料的选择、电极结构的设计以及高温环境下的稳定性等方面的因素。
对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究和理解，需要全面考虑材料性质、反应机制、电极结构以及高温环境下的稳定性等多个方面。
在未来，通过更深入的研究，可以进一步提高燃料电池的效率和稳定性，从而推动燃料电池技术的发展和应用。
对于我个人来说，我认为ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为燃料电池的重要组成部分，其研究和应用将对清洁能源技术产生深远的影响。
随着我对这一主题的深入研究和了解，我对燃料电池技术的前景和潜力有了更加全面、深刻和灵活的理解。
氢能与熔融碳酸盐燃料电池
氢能与熔融碳酸盐燃料电池关键字：燃料、新能源、燃料电池、MCFC。
摘要：为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。
氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段。
MCFC发电原理及电池构成，MCFC本体性能及特点，使得各国对熔融碳酸盐燃料电池的研究从未停止过。
内容：石油是不可再生的能源，其储藏量和可开采量资源正面临枯竭。
如今人类社会高度依赖于石油工业，包括汽车在内的各个行业的发展都离不开石油工业。
地球上的石油到底还能供人类用多久？据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采不超过95年的时间。
在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。
其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。
中国已经超过日本成为世界第二大汽车市场。
但在中国汽车市场领跑全球汽车市场荣耀的背后，是中国过快消耗着祖先留下的资源。
面对即将到来的能源危机，中国的汽车产业路在何方，路只有一条：使用新能源，也只有使用新的替代能源，汽车产业才能持续发展。
实施替代能源战略，有助于我国汽车逐渐摆脱对原油的依赖，从能源安全的角度看，无疑是非常必要的中国石油资源不及世界人均水平的1/6，从1993年开始，中国成为石油净进口国，供需矛盾日益突出。
2004年中国石油消费量达到了2.92亿吨，进口原油1.23亿吨。
其中，车用燃油消耗已经达到了中国石油消费量的1/3左右。
此后石油进口仍呈上升趋势，进口量约占使用量的20%左右，预计到2010年前后将达到40%，车用汽油年消耗量为6400万吨。
面对人类即将消耗完需几百万年才形成的石油资源所引发的即将到来的能源危机，中国及全世界必须认识到要采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。
为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。
甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式
甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式一、引言甲烷熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高效率、低排放的能源转换设备，其电极反应式是整个电池工作中至关重要的一部分。
本文将从深度和广度两个方面对甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式展开全面评估，并撰写有价值的文章。
二、基础知识1. 甲烷熔融碳酸盐燃料电池甲烷熔融碳酸盐燃料电池是一种以碳酸盐为固态电解质，以甲烷与二氧化碳为气体燃料，氧气为氧化剂进行电化学反应的能源转换装置，其主要反应包括燃烧反应和电化学反应两部分。
2. 电极反应式电极是甲烷熔融碳酸盐燃料电池中的重要组成部分，电极反应式是指在电极上发生的与电流流过电极的过程中同时进行的化学反应。
对于MCFC电极反应式的深入研究，可以帮助我们更好地了解电池的工作原理和性能特点。
三、电极反应式的研究现状目前关于MCFC电极反应式的研究主要集中在提高反应速率、降低电极极化、延长电极寿命等方面。
研究发现，电极材料的选择、催化剂的设计以及反应条件的优化都对电极反应式有着重要的影响。
四、MCFC电极反应式的探讨1. 甲烷氧化反应在MCFC的阳极电极上，甲烷氧化反应是一个关键的过程。
甲烷通过内部反应转化为一氧化碳和氢气，然后再与碳酸盐离子发生电化学氧化反应。
这一过程中，催化剂的设计和反应温度的控制对甲烷氧化反应的效率有着重要的影响。
2. 氧还原反应在MCFC的阴极电极上，氧还原反应是一个关键的过程。
电极对氧气的吸附和还原过程影响着整个电池的性能。
目前，研究人员通过设计高效的氧还原催化剂，提高氧还原反应的速率，并减少电极极化。
五、个人观点和理解对于MCFC电极反应式的研究，我认为应该注重不仅是反应速率的提高和电极极化的降低，还应该关注电极材料的稳定性和寿命。
利用先进的材料设计和制备技术，可以进一步优化MCFC电极反应式，提高电池的能量转换效率。
六、总结与展望通过对甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式的深度评估，我们可以更好地理解MCFC的工作原理和优化方法。
熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池燃料电池简介一、发展过程燃料电池的原理始见于1839年Grove发表的氢和氧反应可发生电的论文,但长期未受到重视。
直到二十世纪六十年代适应宇航事业的需要才开始应用,并不惜工本开发出高性能的燃料电池。
1967年美国将它列人TARGET计划(天然气转换研究计划),着手开发以天然气为燃料的民用燃料电池发电,日本的大阪和东京煤气公司亦参与了这一计划。
七十年代这种污染少而发电效率高的技术受到了多方重视。
但除了磷酸盐型燃料电池开发较快外,熔融碳酸盐型燃料电池和固体电解质型燃料电池因难度很高,所需燃料氢的开发尚未很好解决,因而进展不快。
直到1981年列人日本月光计划中的大型节能技术项目后,除将磷酸盐型电池列人扩大试验和应用开发计划外,将碳酸盐型电池进行工业应用试验,固体电解质型电池则从基础研究开始,进行了长期系统的研究。
二、基本原理和特点l、基本原理是水电解后生成氢和氧的逆反应。
即氢和氧燃烧时所产生的吉布斯自由能直接变成电能。
由于不经过常规发电流程中的热能和机械能的转换环节,故发电效率较高,污染少。
2、它和一般蓄电池基本相似,由正极、电解质和负极等基本元件组成。
不同的是蓄电池用完后需通过充电来恢复功能,而它只要不断供人氢和氧就可不断发电。
开、停方便,适于做调峰负荷.3、扩大规模时只是将若干个基本元件组叠加和串接组合即可。
其效率不受规模大小的影响,故适于孤岛和生活区的独立电源。
4、由于反应温度高,可利用余热供热;用于生活民用时,还可简化送配电系统,减少转电损耗。
5、电池本体无可动部分,加上附属系统的整体可动件亦少,无噪音污染。
三、燃料电池的应用前景燃料电池用于军事、航天等尖端技术领域,经济上的考虑是第二位的,但作为地面商业化发电设备,目前的价格3000美元/kw远远高于国际上大型现代化电站建设价格(约1000美元/kw)。
不过,如果按目前的发展PAFC降到1500美元/kw,又考虑到传统发电设备所排放的N仪、05:的污染防治费用,也许燃料电池发电更为经济。
甲醇燃料电池在熔融碳酸盐方程式
甲醇燃料电池在熔融碳酸盐方程式
酸性溶液中负极反应式为：CH3OH - 6e- + H2O == CO2↑+ 6H+
碱性溶浚中负极反应式为：CH3OH - 8e- + 10OH- == CO32-+ 7H2O
熔融碳酸盐燃料电池，首字母缩写为MCFC，通常被称为第二代燃料电池，因为预期它将继磷酸盐燃料电池之后进入商业化阶段。
MCFC的工作温度为873-923K，因而，与低温燃料电池相比，有几个潜在优势。
首先，在MCFC的工作温度下，燃料(如天然气)的重整可在电池堆内部进行，既降低了系统成本，又提高了效率;其次，电池反应高温余热可用于工业加工或锅炉循环;第三，几乎所有燃料重整都产生CO，它可使低温燃料电池电极催化剂中毒，但却可成为MCFC的燃料。
MCFC的缺点是在其工作温度下，电解质的腐蚀性强，阴极需不断供应CO2。
MCFC的研究开发始于1950年，其后近半个世纪时间内，在电极反应机理、电池材料、电池性能和制造技术等方面，均取得了巨大进展，规模不断扩大，几年前即己达到100kw水平，目前已达到250-2000kw。
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述1．1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。
它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。
在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。
但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。
同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。
当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。
燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。
总体上，燃料电池具有以下特点：(l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。
(2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
(3) 环保问题少。
(4) 负荷应答速度快，运行质量高。
图 1-1 燃料电池结构示意图由于FC具有以上显著的优点，在50~60年代呈现第一个研制高峰，那时侧重于发展碱性FC，尽管后来未曾象预期的那样在交通工具及大型电厂获得应用，但是FC在航天飞行中取得的成功足以证明它所具有的突出优点。
70年代初，由于投资减少，FC研究进入低潮。
70年代末，由于材料科学的进展和世界性的能源紧缺，开发新的发电技术，提高石油、天然气和煤炭等矿物燃料的利用率又成为人们关注并具有深远意义的课题，这样FC研究又呈现第二个高潮，此时则侧重于发展磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。
现在，燃料电池作为继水力、火力和原子能之后的第四代电源止受到世界的瞩目。
1．2 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，首字母缩写为MCFC)，通常被称为第二代燃料电池，因为预期它将继磷酸盐燃料电池之后进入商业化阶段。
熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池：1,工作原理：负2H2+2CO32- →2CO2+2H2O+4e- CO3穿过膜由正到负极，正O2+2CO2+4e-→2CO3 e-由负极经负载到正极总2H2+O2→2H2O2关键材料隔膜：作用-隔离阴阳机；碳酸盐载体；隔绝H2和O2不透层要求-较高机械强度；耐高温熔盐腐蚀；工作状态下隔膜中充满电解质，并具有良好保持电解质性能。
具有良好离子导电，电子绝缘性能正负极：作用-良好催化作用，使电解液在隔膜，阴阳极间良好分配要求-抗熔融盐腐蚀，良好催化性能，及隔膜有良好孔匹配双极板：作用-分配氧化剂及还原剂，并提供气体流动通道，同时起集流导电作用要求-良好集阻气功能，良好导电集流功能4所选材料：隔膜LiAlO2 负极材料参杂AL Cr合金Ni 正极材料NiO双极板：不锈钢，镍基合金钢固体氧化物燃料电池1工作原理负2H2+2O2-→2H2O+4e- O2-穿过膜由正极到负极正O2+4e-→2O2- e-由负极经负载到正极总2H2+O2→2H2O2 关键材料：正负极材料，电解质，电池堆，连接及密封材料3作用及基本要求：电解质：作用-隔离氧化剂及还原剂给O2-提供通道要求-致密薄膜，良好稳定性，较高离子导电，无电子导电负极材料：YSN：支撑，对H＊还原有催化作用；提供通道，使Ni均匀分布Ni-YSN：稳定性好；高导电率；及电解质有良好相容性和热膨胀匹配性；催化性能好；高透气性正极材料：作用-增大催化反应面积，传导电子，支撑要求：多孔性，高导电性，及固体电解质有高化学和热相容性及相近膨胀系数，催化性能好，稳定性好。
连接材料：作用-连接阴阳极，分离燃料及氧化剂，构成流场，导电要求，良好力学性能，良好化学稳定性，高电导率，接近YSZ热膨胀系数密封材料：作用-起组件及双极连接间密封作用要求-高温下密封性好，稳定性高，及固体电解质及连接板材料热膨胀系数相近，兼容性好4所选材料：电解质：易稳定氧化铝YSZ 阳极材:Ni-YSN阳极材料,LSM 连接材料：LCC及Cr-Ni合金密封材料：Prery玻璃，玻璃/陶瓷复合材料锂离子电池1工作原理：正LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe- 充电时Li+由正极到负极负C+xLi++xe-→LixC e-由正极→负极，其中Li+为可逆嵌入及脱嵌2基本组成：正极，负极，电解液3组成材料：负极材料为石墨（附着在负极铜箔两侧正极材料为LiCoO2（附着在铅箔上）电解液：电解质锂盐LiPF6质子交换膜燃料电池1 工作原理负极2H2→4H++4e-正极O2+4H++4e-→2H2O总2H2+O2→2H2O2关键材料：由双极板和膜电极组成，膜电极由质子交换膜，电催化剂，分子扩散层组成3作用及基本要求：双极板：支撑，集流，分隔氧化剂及还原剂并引导反应气体具有阻气功能，有一定强度且是良好导体，两侧有流场，热良导体，适应电池工作环境，抗腐蚀质子交换膜：要求→电导率高（传递H+）化学稳定性好（耐酸碱腐蚀）热稳定性好（热量均匀分布）良好力学性能（强度柔韧性好）透气率低（正负极分开）电催化剂:作用-降低活化能，加快反应速率要求-催化活性好，抗中毒能力高，比表面积高导电性好稳定性好有适当载体分子扩散层：支撑催化层收集电流提供电子通道气体通道排水通道为提高反应面积多用多孔材料4 所选材料：双极板：石墨基/金属基复合双极板质子交换膜：全氮磺酸膜电催化剂：Pt负载C上气体扩散层：石墨碳化/碳纸镍氢电池组成材料：负极为储氢合金MH，有AB5型混合稀土系统及AB2型Lares相和一些新型材料，其中以AB5应用为广泛典型有LaNi5正极材料为Ni（OH）2 电解液 KOH溶液。
熔融碳酸盐燃料电池原理
熔融碳酸盐燃料电池原理
熔融碳酸盐燃料电池电极反应式为：电池反应：O2+2H2→2H2O。
阴极反应：O2+2CO2+4e-→2C03，阳极反应：2H2+2CO3→2CO2+2H20+4e。
熔融碳酸盐燃料电池简称MCFC，是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。
熔融碳酸盐燃料电池优点在于工作温度较高，反应速度加快；对燃料的纯度要求相对较低，可以对燃料进行电池内重整，不需贵金属催化剂，成本较低。
采用液体电解质，较易操作。
熔融碳酸盐燃料电池电解质为熔融碳酸盐，一般为碱金属Li、K、Na、Cs的碳酸盐混合物，隔膜材料是LiAiO2，正极和负极分别为添加锂的氧化镍和多孔镍。
由上述反应可知，熔融碳酸盐燃料电池的导电离子为CO2在阴极为反应物，而在阳极为产物。
实际上电池工作过程中CO2在循环，即阳极产生的CO2返回到阴极，以确保电池连续地工作。
因此熔融碳酸盐燃料电池电极反应式为：阴极反应：O2+2CO2+4e-→2C03，阳极反应：
2H2+2CO3→2CO2+2H20+4e，电池反应式为：O2+2H2→2H2O。
甲烷氧气熔融碳酸盐原电池反应
甲烷氧气熔融碳酸盐原电池反应
甲烷氧气熔融碳酸盐原电池反应（MCFC）是一种新型的可再生能源发电技术。
它使用熔
融碳酸盐原电池来利用甲烷氧气反应来产生电能。
这种技术可生产高纯度、高可靠性和低
成本的可再生电能，这样就能够改进太阳能、风能和水能等可再生能源的性能，从而使它们更容易部署和使用。
MCFC发电原理的基础是熔融碳酸盐原电池的反应。
甲烷氧气反应是一种可再生能源发电
技术，用熔融碳酸盐原电池来产生电能。
这种反应使用熔融碳酸盐原电池中的燃料（甲烷）与氧气结合而产生电能。
熔融碳酸盐原电池是一种以氧、碳和氯为电极的阴离子交换膜电池，通过熔融固体电解质产生电能。
在这种反应中，电极上的氧分子从碳酸盐原电池中吸收，然后与甲烷在加热下结合，释放出热量，并通过燃料电池的正反极间的传导电流来转换成电能。
MCFC技术有很多优势，主要有：1）它可以在温度较低（250-400摄氏度）的条件下工作；2）它不会排放任何有毒物质，并且可以轻松降低碳排放量；3）它可以使用多种燃料，如气体、液体、固体等；4）它的可靠性和维护成本比其他可再生能源技术低；5）它可以
存储电能，可持续发电。
MCFC可以提供高效IBP天然气发电技术的可行方案，使得天然气发电技术更具有竞争力。
此外，MCFC可以与现有的燃料电池技术结合，大大增加可再生能源发电的可靠性和有点性。
总而言之，甲烷氧气熔融碳酸盐原电池反应（MCFC）技术具有可靠性高、价格低、效率
高等优点，有望成为有用的可再生能源发射技术。
如果采用这种技术，可以大大降低碳排放，保护环境，节约能源。
中国熔融碳酸盐型燃料电池行业市场策略
中国熔融碳酸盐型燃料电池行业市场策略介绍熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC）是一种高效、清洁的能源转换设备，具有很大的市场潜力。
本文将探讨MCFC市场策略，并提出一些建议。
市场概述MCFC市场前景广阔，应用领域包括能源发电、工业制造、交通运输等。
由于其高效能、低污染的特点，MCFC在能源转换行业中具有竞争优势。
目标市场在制定市场策略之前，需要明确目标市场。
根据MCFC的特性和市场需求，以下行业可作为MCFC的目标市场：1. 电力行业MCFC可以作为电力行业的替代能源，用于发电站的能源转换。
由于其高效能的特点，MCFC可以提供稳定、可靠的能源供应。
2. 工业制造MCFC可以应用于工业制造过程中的能源供应，例如，用于高温炉的燃料供应。
MCFC不仅能够提供高效的能源，还可以减少环境污染。
3. 交通运输MCFC可以用于交通工具，例如公交车、卡车等。
与传统的燃油动力系统相比，MCFC具有更高的能量转化效率和更低的环境污染。
市场策略为了在竞争激烈的市场中取得竞争优势，以下市场策略可以被采用：1. 不断降低成本降低成本是吸引更多客户的关键因素之一。
通过改进生产工艺和扩大规模生产，可以降低MCFC的制造成本。
此外，与供应商进行密切合作，以降低原材料和部件的采购成本。
2. 技术创新MCFC技术的创新是市场竞争的重要驱动力。
投入更多的研发资源，不断改进MCFC的性能和可靠性。
通过不断推出新产品和解决现有产品的问题，提高市场占有率。
3. 市场推广与宣传通过市场推广和宣传活动，提高MCFC的知名度和认可度。
参加行业展览、举办技术研讨会、发布新闻稿等活动，宣传MCFC的优势和应用案例。
与潜在客户建立联系，并提供技术支持和解决方案。
4. 建立合作伙伴关系与相关行业的公司建立合作伙伴关系，共同推动MCFC市场的发展。
例如，与发电公司合作，在电力行业推广MCFC的应用；与工业制造公司合作，将MCFC应用于工业制造过程中。
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2020/2/29
四、电极的材料和制备 电极材料的要求：高的耐腐蚀性和高的电导
。
1、阳极材料 • 纯Ni作阳极 缺点：高温及电池组装压力
下易产生蠕变。 改进方法： 向Ni阳极中加入Cr、Al等元素，形成合金
； 2020/2选/29 择其他可替代Ni的阳极材料。
ΔVT(mV) =2.16(T2-T1) ΔVT(mV) =1.40(T2-T1) ΔVT(mV) =0.25(T2-T1)
575℃<T<600℃ 600℃<T<650℃ 650℃<T<700℃
MCFC电池工作温度选在650℃左右最佳。
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二、压力的影响 Nernst方程：ΔEp=46lgp2/p1 提高压力，反应气体分压增大，气体的溶解度增大
三、反应气体组分和利用率的影响 增加反应气体的利用率通常会降低电池的性能。
（与反应物气体分压有关）
燃料利用率一般为75%~85%，氧化剂的利用率一般为50%。
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四、电流密度的影响 随电流密度的增大，欧姆电阻、极化和浓度损失都增 大，从而导致MCFC的电压下降。 五、电解质的成分和电解质板结构 电解质组成一般为62%Li2CO3+38%K2CO3。 原因：富Li+的电解质虽离子导电性好，电压降小，但气 体的溶解性和扩散性低，腐蚀加快。 电解质板的欧姆电阻对电压影响很大。而电解质板欧
电模块，售价100万美元左右。 FCE公司MCFC发电规模在2019年达到50MW/年；2019年
FCE公司的MCFC生产能力由50MW/年逐渐增加到 400MW/年。
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2、日本 始于1981年的“月光计划”，1991年后转为重 点，每年在燃料电池上投入的费用为12亿~15亿美元。
阳极接触的部分再镀一层镍-铁酸盐-铬合 金层；
以气密性好、强度高的石墨板作电池极 板。 2020/2/29
第四节 Hale Waihona Puke 融碳酸盐燃料电池结构 一、单电池结构
MCFC燃料电池单体的结构与原理图
MCFC依靠多孔电极内毛细管力的平衡来建立稳 定的三相界面。
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二、电池组结构
直交流型MCFC电堆结构示意
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二、国内技术现状 2019年成功进行了1kW熔融碳酸盐燃料电池组的发电试
验。 国家科技部在“十五”863高技术计划能源开发的具体的
研发目标为：掌握MCFC的设计制造及发电系统集成 技术；建成50kW级的示范发电装置；在关键部件与材 料制备方面取得突破与创新。 上海交通大学与上海汽轮机有限公司合作，已完成了 50kW MCFC发电外围系统的建设，10kW的MCFC电 池组已经制作完成。
主要承担者和推动者是东京电力公司、关西电力公司等。 发展历程：1kW级→10kW级→1000kW级。 3、德国 主要由Daimler Chrysler公司的子公司MTU承
担。从FCE公司购入了常压内部改质型250kW MCFC电 池组。 4、韩国 主要由韩国电力公司研究院和韩国科学技术研 究院进行外部改质型MCFC的研究开发。 25kW→100kW→250kW。
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3、电极的制备 用tape casting方法制备。工艺流程同隔膜
的制备。 制备出的MCFC电极应满足以下性能指标： • 阳极：厚度0.3~0.5mm，孔隙率
60%~70%，平均孔径5um左右。 • 阴极：厚度0.3~0.7mm，孔隙率
60%~70%，平均孔径7um左右。
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P=2σcosθ/r
P——毛细管承受的穿透气压； r——毛细管半径； σ——电解质表面张力系数，σ[（
Li0.62K0.38)2CO3]=0.198N/m； θ——电解质与隔膜体的接触角，假设完全浸润，则θ=00。
若要求MCFC隔膜可承受阴 、阳极压力差为 0.1MPa，可计算出隔膜孔半径应不大于
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参数
k=pCOpH温2O度/pH/K2pCO2
800
900
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pH2 pCO2 pCO pH2O E/V
0.669 0.088 0.106 0.137 1.155
0.649 0.068 0.126 0.157 1.143
动力学角度：工作温度升高，电极极化下 降，熔盐电导增大，欧姆极化下降，电 池性能改善。
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第三节熔融碳酸盐燃料电池的关键材料与 制备
一、隔膜材料 电解质隔膜至少应具备以下三方面的功能
： ➢隔离电池阳极与阴极的电子绝缘体； ➢碳酸盐电解质的载体，CO32-离子运动的
通道； 2➢020/2浸/29 满熔盐后是气体的不透层。
MCFC电解质隔膜的性能应满足： ✓ 有较高的机械强度，无裂缝，无大孔； ✓ 在工作状态下，隔膜中应充满电解质，并具有良
4、隔膜与电极的孔匹配 电解质在隔膜、电极间的分配依靠毛细力
来实现平衡。 σccosθc/rc=σecosθe/re=σacosθa/ra
(c代表阴极；e代表隔膜；a代表阳极 ） （rc、ra、re的大小关系如何？）
电池运行中，会发生电解质熔盐的流失的 2020/2/29现象，会产生什么问题？
五、双极板材料和制备 1、双极板材料：不锈钢或镍基合金钢制成
(M=Fe,Cr）
Cr+K2CO3+3/2O2=K2CrO4+CO2 腐蚀作用产生的影响： ➢消耗了电解质，在密封面的腐蚀易引起电
解质外流失； ➢双极板电导降低，欧姆极化增加；
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3、提高双极板抗腐蚀性能的方法 在双极板材料表面包覆一层Ni或Ni-Fe-
Cr耐热合金，或镀Al、Co； （加Cr：形成富Cr致密氧化物保护层； 镀铝：3/2O2+2Al+Li2CO3=2LiAlO2+CO2) 在双极板表面先形成一层NiO，然后与
。目前最常使用的的是316L和310S不锈 钢。
2、制备 实验室和小规模生产——机加工的方法
在双极板的表面刻绘出流道；
批量生产——冲压后焊接的技术加工。
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3、双极板的腐蚀：y=ct0.5
(y：腐蚀层的厚度；t为时间)
腐蚀反应：
M+1/2Li2CO3+3/4O2=LiMO2+1/2CO2
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镍溶解速度主要与CO2分压和电解质组成有关。 提高阴极抗熔盐电解质腐蚀能力的方法： ♪ 向电解质盐中加入碱土类金属盐，以抑制NiO的熔解
； ♪ 向阴极中加入Co、Ag或LaO等稀土氧化物； ♪ 以LiFeO2、LiMnO3或LiCoO2等作电池阴极材料； ♪ 以SnO2、Sb2O3、CeO2、CuO等材料作电池阴极； ♪ 改变熔盐电解质的组分配比，以减缓NiO溶解； ♪ 降低气体工作压力，以降低阴极溶解速度。 LiCoO2作阴极的阴极熔解机理为： LiCoO2+1/2CO2→CoO+1/4O2+1/2Li2CO3
，物质的传输速率增大，电池电压增加。
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但压力增加会引起碳沉积作用和甲烷化作 用。
2CO→C+CO2 CO+3H2→CH4+H2O 甲烷分解：CH4→C+2H2 水气转换作用：CO2+H2→CO+H2O
减少甲烷化的方法：在燃料气中添加H2O 和CO2调节平衡气体组分；
2020避/2/29免碳沉积的方法：提高气流中H O的分
M-C Power's molten carbonate fuel cell power plant in San Diego, California, 2019.
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由高温气化炉提供部分燃料的熔融碳酸盐燃料电池。 右侧圆筒型部分是燃料电池组模块。左为辅助设备。后 面是微型燃气轮机单元。 （日本）
2020相/2/29邻单电池间用双极板隔开。电池组安装在圆形
三、发电系统结构 发电系统包括：燃料预处理系统、MCFC电池组
、电能转换系统、热量回收系统、故障检测和 自动控制系统等。
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第五节 影响熔融碳酸盐燃料电池性能
和寿命的主要因素分析
一、温度的影响
以重整气为燃料时，CO+H2O=H2+CO2
工作原理如下图：
电池反应方程式： 阴极：CO2+1/2O2+2e-→CO32阳极：H2+CO32-→H2O+CO2+2e总反应：H2+1/2O2+CO2(阴极）→H2O+CO2(阳极）
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二、 技术特点 1、由于MCFC的工作温度为650~700℃，属于高温燃料
电池，其本体发电效率较高，不需要贵金属作催化剂 ； 2、既可以使用纯氢作燃料，又可以使用由天然气、甲烷 、石油、煤气等转化产生的富氢合成气作燃料，可使 用的燃料范围大大增加； 3、排出的废热温度高，可以直接驱动燃气轮机/蒸汽机 进行复合发电，进一步提高系统的发电效率。
产物粒度范围为2.7~10um。 2、γ-LiAlO2粗料制备 α-LiAlO2粗料在900℃焙烧30h左右所得。 产物粒度为4.0um。
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3、“氯化物”法制备α-LiAlO2细料
2AlOOH+Li2CO3=2LiAlO2+CO2+H2O （反应中加入NaCl+KCl摩尔比=1/1，加入量
2、阴极材料 要求：高的电子传导率、高的结构强度、在酸性熔融碳酸盐
电解质中具有低的溶解率。 阴极材料：由锂镍氧化物组成。NiO在现场烧结时进行锂化。 存在问题：镍溶解在电解质中，向阳极迁移，沉淀，最后可