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下一代储能电池:六种燃料电池介绍

PEMFC质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用水基的酸性聚合物膜作为其电解质,具有铂基电极。PEMFC电池在相对低的温度(低于100摄氏度)下操作并且可以定制电输

PEMFC

质子交流膜燃料电池(PEMFC)运用水基的酸性聚合物膜作为其电解质,具有铂基电极。PEMFC电池在相对低的温度(低于100摄氏度)下操作而且能够定制电输出以满意动态功率需求。由于相对低的温度和运用根据贵金属的电极,这些电池有必要在纯氢气下操作。PEMFC电池是现在用于轻型车辆和资料处理车辆的抢先技能,而且在较小程度上用于固定和其它运用。PEMFC燃料电池有时也称为聚合物电解质膜燃料电池(也称为PEMFC)。

氢燃料在阳极处被处理,其间电子与铂基催化剂的表面上的质子别离。质子经过膜抵达电池的阴极侧,一同电子在外部电路中跋涉,产生电池的电输出。在阴极侧,另一个贵金属电极将质子和电子与氧气结合以产生水,其作为仅有的废物排出;氧能够以纯化方式供给,或许在电极处直接从空气中提取。

在升高的温度下操作的PEMFC的变体被称为高温PEMFC(HTPEMFC)。经过将电解质从水基改变为根据矿藏酸的体系,HTPEMFC能够在高达200摄氏度下操作。这克服了关于燃料纯度的一些当时约束,其间HTPEMFC能够处理含有少数一氧化碳(CO)的重整产品。还能够经过消除加湿器来简化设备的平衡。

HTPEMFCs不优于低温PEMFC;两种技能都在其优势地点的当地找到了利基。下表总结了两种PEMFC变量之间的差异:

DMFC

直接甲醇燃料电池(DMFC)是一套相对较新的燃料电池技能;它是在20世纪90年代由美国的几个组织的研究人员创造和开发的,包含NASA和喷气推动实验室。它类似于PEM电池,由于它运用聚合物膜作为电解质。可是,DMFC阳极上的铂-钌催化剂能够从液体甲醇中吸收氢,消除了对燃料重整器的需求。因而纯甲醇能够用作燃料,因而称号。

甲醇作为燃料供给了几个长处。它是廉价的,但具有相对高的能量密度,而且能够容易地运送和贮存。其能够从能够坚持充溢的储液器或许在能够在运用时快速替换的盒中供应到燃料电池单元。

DMFC在60℃至130℃的温度规模内作业,而且倾向于用于具有适度功率要求的运用,例如移动电子设备或充电器和便携式电源组。在各个国家中看到商业牵引的DMFC的一个特定运用是用于资料转移车辆的DMFC动力单元的运用。许多这些单元现已出售到商业库房,其间叉车一般用电池组供电。经过切换到燃料电池,库房能够在几分钟内为其货车加油,与为电池充电所需的时刻比较。燃料电池还消除了对库房内的电池充电基础设施的需求,然后使得更多的占地面积可用于其他用处。

SOFC

固体氧化物燃料电池在十分高的温度下作业,一切燃料电池类型中的最高温度在大约800℃至1000℃。在将燃料转化为电能时,它们的功率能够超越60%;假如他们产生的热也被运用;它们将燃料转化为能量的总功率能够超越80%。

SOFC运用固体陶瓷电解质,例如用氧化钇安稳的氧化锆,而不是液体或膜。它们的高作业温度意味着燃料能够在燃料电池自身内重整,消除了对外部重整的需求,并答应单元与各种烃燃料一同运用。与其它类型的燃料电池比较,它们还相对耐燃猜中的少数硫,因而能够与煤气一同运用。

高操作温度的另一个长处是改进了反响动力学,消除了对金属催化剂的需求。可是,高温存在一些缺陷:这些电池需求更长的发动和到达操作温度,它们有必要由巩固的耐热资料结构,而且它们有必要被屏蔽以避免热丢失。

SOFC有三种不同的SOFC几许形状:平面,共面和微管。在平面规划中,部件被组装成平整堆叠,其间空气和氢传统上经过内置于阳极和阴极中的通道流过单元。在管状规划中,空气被供应到延伸的固体氧化物管(其在一端密封)的内部,一同燃料环绕管的外部活动。管自身构成阴极,而且电池部件环绕管结构成层。

SOFC广泛地用于大型和小型固定发电:平面型发电运用于例如BloomEnergy的100千瓦离网发电机和具有几千瓦输出的SOFC,正在测验用于较小的热电联产运用,例如家用组合热和功率(CHP)。输出功率规模内的微管状SOFC也正在为小型便携式充电器开发。

AFC

碱性燃料电池(AFC)是即将开发的榜首种燃料电池技能之一,而且开始由NASA用于空间方案中以在航天器上产生电和水。在整个方案期间,美国国家航空航天局持续运用美国宇航局航天飞机,一同还有少数商业运用。

AFCs在水中运用碱性电解质如氢氧化钾,而且一般用纯氢燃料。榜首AFC在100℃和250℃之间操作,可是典型的操作温度现在约70℃。作为低操作温度的成果,不需求在体系中运用铂催化剂,而是能够运用各种非贵金属作为催化剂以加快在阳极和阴极处产生的反响。镍是AFC单元中最常用的催化剂。

由于化学反响产生的速率,这些电池供给相对高的燃料对电转化功率,在一些运用中高达60%。

MCFC

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)运用悬浮在多孔陶瓷基体中的熔融碳酸盐作为电解质。一般运用的盐包含碳酸锂,碳酸钾和碳酸钠。

它们在高温,约650℃下操作,而且具有与此相关的几个长处。首要,高操作温度明显进步反响动力学,因而不需求用贵金属催化剂进步这些。较高的温度还使得电池比较低温度的体系不容易产生一氧化碳中毒。因而,MCFC体系能够在各种不同的燃料(包含煤衍生的燃料气体,甲烷或天然气)上操作,消除了对外部重整器的需求。

与MCFC单元相关的缺陷源于运用液体电解质而不是固体,而且需求在阴极处注入二氧化碳,由于碳酸根离子在阳极产生的反响中被耗费。还存在高温腐蚀和电解质的腐蚀性质的一些问题,可是现在能够操控这些问题以完成实践的寿数。

MCFC用于大型固定发电。大多数燃料电池发电厂的兆瓦容量运用MCFC,大型热电联产(CHP)和联合冷却和电力(CCP)工厂。这些燃料电池能够以高达60%的燃料电转化功率作业,而且在还运用进程热的CHP或CCP运用中,全体功率能够超越80%。

PAFC

磷酸燃料电池(PAFC)由阳极和阴极组成,阳极和阴极由在碳上的精密涣散的铂催化剂和坚持磷酸电解质的碳化硅结构制成。它们适当耐一氧化碳中毒,但在出产电力方面往往比其他燃料电池类型具有更低的功率。可是,这些电池在约180℃的适度高温下操作,而且假如该进程热用于热电联产,则总功率能够超越80%。

这种类型的燃料电池用于具有100kW至400kW规模的输出的固定式发电机中,认为世界上的许多商业场所供给动力,而且它们也在大型车辆(例如公共汽车)中得到运用。在2001年之前出售的大多数燃料电池单元运用PAFC技能

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