燃料电池介绍应用论文

摘要燃料电池以其效率高，排放少，质量轻，无污染而深得人们的关注。本文按燃料电池可用电解质的不同来分类，分别对各类燃料电池的原理，结构，优缺点，发展概况进行综述。

关键词燃料电池电解质电池反应电动车用电源

Abstract The fuel battery is a kind of chemical reactor，which switch the chemical energy to electric energy．Its high efficiency，few dischargement，light weight and no pollution draw public attention．In this article the fuel batteries are classified for different electrolytes，structures，advantages，disadvantages and recent development of different fuel batteries are reviewed．

Key word fuel battery electrolyte battery reaction dynamoelectric power supply．

燃料电池和普通电池有很大的差异，它实际上是一个化学反应器。是一种把化学能直接转换成电能的装置。燃料电池没有直接的燃烧过程。而燃料从外部不断输入，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。

燃料电池的种类很多，按电池所用电物质的不同来分类。燃料电池大体上分为：碱性电解质燃料电池(AFC)，高分子电解质燃料电池(PEFC)，磷酸型电解质燃料电池(PAEC)，熔融碳酸型电解质燃料电池(MCFC)和固体氧化物电解质燃料电池(SOFC)5类。本文按电池工作温度由低到高的顺序，对各类燃料电池的发展概况进行综述。

一、碱性电解质燃料电池(AFC)

AFC两极的催化材料一般均采用PT／C系列，电解质为35％左右的KOH水溶液。电极反应如下：

阳极反应：H2+20H 一一2H20 +2e一

阴极反应：1／202+H20 +2e一一20H一

电池反应：H2+1／202一H20

电池的工作温度一般在60—90℃范围。它设计简单是一大优点，但不耐CO2是其主要缺点。所以原则上它必须采用纯氢和纯氧做为燃料。因为如果使用空气，在电解质溶液中将不可避免地会生成碳酸盐，将阻塞气体的扩散通道，降低电流效率、缩短电池寿命，新近研究一种新体系，采用循环更新电解液的办法来解决这一难题，已有显著效果。

AFC的研究开发较早，但因成本高，难以推广，主要在航天领域内得到较多应用。采用它进行工作，一方面为航天器提供电能，另一方面还能不断补充水分[1]。

二、高分子电解质燃料电池(PEFC)

PEFC又普遍称为质子交换膜燃料电池。它采用PT／RU／C为阳极，PT／C为阴极。电解质为高分子质子交换膜。(一种硫化氟碳材料)。燃料为氢、氧气。

阳极反应：H2—2H+ +2e一

阴极反应：1／202+2H+ +2e一一H20

申池反应：H2+1／202一H20

在80—1 10℃范围内工作，它具有高比能量，低工作温度，起动快，无泄漏，易维修等优点。可广泛使用于家庭供电、供热、及作为其他动力电源。特别是适合于电动车电源。在PEFC中，催化材料，气体扩散层，膜的质子导电率是关键性技术问题。[2]

三、磷酸型电解质燃料电池(PAFC)

PAFC一般以Pt／C为电极基材。电解质为吸附于SiC上的85％的磷酸溶液，电极反应：

阳极反应：H2— 2H +2e一

阴极反应：1／202+2H +2e一一H20

电池反应：H2+1／202一一，H20

工作温度范围在150～200％，其主要优点是产生热量高，产生CO的量少。缺点是电导率较低有漏液问题。PAFC在日本已进入产业化阶段。目前，在城市发电，供气及其他工业项目上广为试用。如在宾馆、医院、办公楼、工厂等不少地方，均建有不少PAFC来进行辅助供电、供热。[3]

四、熔融碳酸盐型电解质燃料电池(MCFC)

MCFC采用多孔Ni／A1／Cr作阳极，NiO为阴极Li2CO3／Na2CO3为电解质，并加入a—LiAiO2做稳定剂。

阳极反应：H2+co；一一H2o+co2+2e一

阴极反应：1／202+CO2+2e一一c0；一

电池反应：H2+1／202一H20

工作温度在600～800℃范围，对CO无中毒反应。它属于一种中温型的燃料电池，可以将天然气及CO经催化重整后直接产生电能，因而非常适合大规模及高效率的电站应用，其优点是高效，耐CO。主要缺点是起动时间长，有“爬碱”现象。

五、固体氧化物燃料电池(SOFC)

SOFC 阳极为Ni+ ZrO2(Y2O3)。阴极为LaSrMnO3。电解质为ZrO2+Y203。

阳极反应：H2+02一H20+2e一

阴极反应：1／202+2e一一O 一

电池反应：H2+02一H20+0 一

该电池的电解质只允许0 一通过，其电子导电性很差，低温时比电阻很大。因此，工作温度要维持在800～1 00o℃才能有较高的发电效率。从而要求采用高温密封材料。其优点是高效，耐CO，可以不用贵金属催化剂。缺点是启动时间长，工作温度高，带来的材料耐高温，耐腐蚀问题。最近报道一种新型的中温SOFC 采用稀土氧化物复合陶瓷材料，在400～600℃条件下，具有比传统材料高几个数量级的电导率。作为电动车用电源有着显著优点，可大大降低成本。这种电池还可利用乙醇作燃料，也是一种极具潜力的电动车用电源。

六、总结

燃料电池作为21世纪的绿色能源，倍受人们的关注。不同种类的燃料电池有着不同的适用范围和发展前景。PEFC因其启动快，无泄漏的突出优点，可望在家庭供电、供热和电动车电源方面得到广泛的应用。MCFC和SOFC主要用于煤的气化和高效发电。目前主要工作集中在降低成本和开拓市场两方面。随着人们对新材料，新技术，如贮氢，催化，质子交换膜等方面的深入研究，燃料电池这一不受卡诺循环限制的发电装置，以其转换效率高，无污染等优点，必将在不久的将来在绿色发电和电动车电源等方面获得突破性的进展[4]。

参考文献

[1] 藤堂安人．燃料电池开发最前线．东京：日经株式会社，2001．1～107

[2] 黄倬等．质子交换膜燃料电池的研究开发与应用．治金工业出版社，北京：2002 48～52，106～l14．

[3] http：／／www．fuel cells．org／．

[4] 程夕明等．电源技术．2001、25(1)：47～50．