新型燃料電池的認識與研究

覃蘭艷

燃料電池是一種新型的無污染、無噪音、高效率、大功率的汽車動力以及發(fā)電設備.燃料電池作為一種環(huán)保節(jié)能新能源，深受人們的重視.下面主要探究新型燃料電池的優(yōu)點以及燃料電池的主要工作原理與類型.

一、燃料電池的優(yōu)點

在實踐中發(fā)現，燃料電池具有一定的優(yōu)點：第一，燃料電池在工作過程中不受熱機效率的限制，其能量轉換效率相對較高.在理論上來說，其發(fā)電效率可以達到百分之百.如果將氫氣作為主要燃料，熔融碳酸鹽燃料電池在應用中的實際效率高達58.4%.利用熱電聯(lián)產以及聯(lián)合循環(huán)綜合等形式對電能進行使用，燃料電池的整體熱效率可以高達80%以上.燃料電池發(fā)電效率與使用規(guī)模并沒有太大的關系，一些小型設備也可以達到一定的高效率.第二，無污染，噪音低，是一種綠色新能源.第三，在熱備用狀態(tài)之下，其負荷變化能力相對較強，在每秒鐘可以基于50%的負荷展開相應的變化.第四，燃料電池的存儲能力與自身體積的大小沒有關系.第五，具有高度的靈活性.在操作中可以根據具體的需求進行定制，可以組裝成不同模式的發(fā)電裝置，在各種場合均可以應用.第六，燃料使用范圍較為廣闊.基于燃料重整器以及相關燃料電池、電堆組成的燃料電池電站可以通過各種氣態(tài)化石燃料如，天然氣，LPG等，液態(tài)化石燃料如，柴油，甲醇等燃料提供供給.

二、燃料電池的主要類型以及相關工作原理

燃料電池在應用過程中，主要利用各種燃料以及氧化劑電化學反應等產生各種電能以及副熱能.其中FC主要是通過燃料電極的負極以及氧化劑電極的正極與電解質共同構成的.其中電解質的作用就是對兩個電極進行隔離，燃料以及氧化劑在燃料電極以及氧化劑的電極中進入到電池內部；在燃料電池工作時，其中燃料的負極處會發(fā)生一定的氧化反應，而氧化劑在正極的接觸處會發(fā)生一定的還原反應.也就是說，在外電路會產生一定的電位差，引起電子的外電路流動的產生，進而造成一定的低壓直流電.在電池內部的電荷載體通過電解質完成相關工作，進而產生一定的水和二氧化碳.如果持續(xù)保持燃料供給，電池就會保持持續(xù)發(fā)電.現階段主要應用的燃料電池類型主要分為酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及質子交換膜燃料電池四種形式.

1.磷酸類別的燃料電池（PAFC）.這是一種相對完善的民用技術電池.主要是通過H2以及鈷含量小于0.1%的組成作為主要燃料，其中空氣作為氧化劑，電解質主要是通過磷酸溶液以及電解質機體構成的；其中電極是通過催化劑（鉑系金屬）與碳黑載體共同組成的.PAFC在工作過程中的溫度在200℃左右，其發(fā)電效率約為40%左右.此種燃料電池的余熱利用價值相對較低，且啟動時間相對較長，無法作為移動電力電源.

2.熔融碳酸鹽類別的燃料電池（MCFC）.這是一種高溫燃料電池，實際的工作溫度為600～700℃.通過一些多孔金屬陽極、多孔氧化物的陰極、電解質板以及導電雙極板等共同組成.主要燃料為H2、煤氣或天然氣，其氧化劑為氧氣或者空氣以及CO2的混合氣體；其中電解質是熔融碳酸鹽（Li2CO3-K2CO3），在電極反應中的相關載荷子為CO-32.因為MCFC的工作溫度相對較高，其余熱有一定的利用空間.同時，因為其可以用于容量相對較大的中心電站，也可以進行火力發(fā)電并行以及取代火力發(fā)電的發(fā)展可能.

3.固體氧化物類別的燃料電池（SOFC）.固體氧化物類別的燃料電池主要基于氧化釔為穩(wěn)定化的氧化鋯為電解質.其中鍶摻雜的錳酸鑭作為其氧化劑電極，鎳電解質作為陽極的一種全固態(tài)陶瓷結構.SOFC是一種高溫電池，實際工作溫度在1000℃左右，其轉化效率基于50%～60%之間.

4.質子交換膜類別的燃料電池（PEMFC）.被稱為第五代新型燃料電池，相對于其他類別的燃料電池來說，其工作溫度相對較低，其啟動速度與比能、使用壽命與應用等都具有一定的優(yōu)勢，發(fā)展相對較為迅速.質子交換膜型燃料電池基于全氟磺酸型固體聚合物作為電解質，其中將 Pt/C或者Pt- Ru/C作為一種電催化劑，H2以及相關凈化重整氣作為主要燃料，將空氣或者純氧作為氧化劑.基于質子交換膜燃料為主的電池作為主要動力的電動車已經取得一定的研究成果，其性能可以與傳統(tǒng)的內燃機相比，但是售價相對較高.這種燃料電池電動車是美國政府以及相關大汽車公司未來發(fā)展的重點.

總之，基于現階段能源組成的實際問題著手，要緩解我國依賴煤炭以及石油等能源，就要提高對新型燃料電池的重視.我們要利用燃料電池的優(yōu)勢，深入探究其功能與原理，為構建和諧的生態(tài)環(huán)境奠定基礎.endprint