2碱性燃料电池

碱性燃料电池及磷酸盐燃料电池碱性燃料电池（alkalinefuelcell--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。碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似，但其使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。电化学反应：阳极反应：阴极反应：碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的，因此可用于小型的固定发电装置。22H4OH4HO4e22O2HO4e4OH碱性燃料电池原理结构图AFCAFC的优点是：（1）效率高，因为氧在碱性介质中的还原反应比其他酸性介质高；（2）因为是碱性介质，可以用非铂催化剂；（3）因工作温度低，碱性介质，所以可以采用镍板做双极板。AFC缺点是：（1）因为电解质为碱性，易与CO2生成K2CO3、Na2CO3沉淀，严重影响电池性能，所以必须除去CO2，这给其在常规环境中应用带来很大的困难。（2）电池的水平衡问题很复杂，影响电池的稳定性。碱性燃料电池碱性燃料电池要能达到实用的量级，需要将单体电池串联和并联形成电池堆，根据其电解质的形态，堆结构有3种类型：（1）循环式电解质碱性燃料电池。电解质溶液被泵入燃料电池的碱腔，电解质在碱腔中循环使用。这一设计的优点在于它可以随时更换电解质。（2）固定式电解质碱性燃料电池。电池堆的每一个电池都有一个属于自己的独立的电解质，他被放在两个电解之间的隔膜材料里。这个设计由于其结构的简单性，现已广泛应用于航天飞行器中。（3）可溶解燃料碱性燃料电池。在电解质中混合了肼或氨这类燃料。这个设计成本低，结构紧密，制作简单且易于补充燃料。碱性燃料电池电极憎水扩散电极：利用粘结剂粘合的碳粉制备而成亲水电极：由烧结的金属粉末制备而成碱性燃料电池的排水反应气体循环法静态排水法冷凝排水法电解质排水法AFC使用中的问题1、隔膜材料研究情况AFC使用石棉作为隔膜材料。石棉具有致癌作用，为了寻求替代材料，研究了聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚砜(PSF)等材料，发现PPS和PTFE在碱性溶液中具有与石棉非常接近的特性，即允许液体穿透而有效阻止气体的通过，具有较好的抗腐蚀性和较小的电阻，其中PPS甚至还优于石棉，有望取代石棉作为隔膜材料。2、CO2的毒化作用空气作为氧化剂时，CO2随着氧气一起进入电极和电解质，形成碳酸盐，减少了作为载流子的OH-的数量，影响了电解质的导电性，并容易在电极微孔中析出，阻塞并损坏多孔催化剂结构和电极。磷酸燃料电池（phosphoricacidfuelcell--PAFC）磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。使用液体磷酸为电解质。磷酸燃料电池的工作温度要位于150-200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。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。且较高的工作温度也使其对杂质的耐受性较强。磷酸燃料电池的效率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时间也比质子交换膜燃料电池长。优点是构造简单，稳定，电解质挥发度低等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力。磷酸型燃料电池需要具备下列条件：(1)正极，负极两极之间的电子导电性高，电阻小。(2)离子导电性高，电子导电性低的电解质与两极接触，电荷由离子从电解质中输出。(3)氢气，氧气供给各自的电极，电极触媒(固体)，氢和氧(气体)，电解质(液体)的三相界面起反应。(4)氢与氧的直接接触不发生。磷酸盐燃料电池的特点发电效率高，环境负担低，适应多样燃料，低噪音，低振动，低运转费，设置场所限制少，大气压运转容易操作，安全性优良，部分负荷特性好，排热回收容易。采用贵金属催化剂，易被燃料气中的CO毒化，对燃料气的净化处理要求高，磷酸电解质具有一定腐蚀性磷酸盐燃料电池的工作条件工作温度：180-210℃工作压力：常压至几百千帕燃料利用率：70-80%氧气剂利用率：50-60%燃料气组成：80%H2、20%CO2、少量CH4、CO与硫化物工作条件对电池性能的影响燃料电池本体燃料转化装置热量管理单元系统控制单元磷酸型燃料电池关键材料电催化剂电极结构电解质与隔膜双极板磷酸型燃料电池技术的现状与未来