技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池,電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等,像一個(gè) 蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電"而是一個(gè)“發(fā)電廠"。但是,它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。
燃料電池的結(jié)構(gòu)組成:
燃料電池的主要構(gòu)成組件為:電極(Electrode)、 電解質(zhì)隔膜(Electrolyte Membrane)與 集電器(Current Collector)等。
1、電極
燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場所,其性能的好壞關(guān)鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。
電極主要可分為兩部分,其一為陽極(Anode),另一為陰極(Cathode),厚度一般為200-500mm;其結(jié)構(gòu)與一般電池之平板電極不同之處,在于燃料電池的電極為多孔結(jié)構(gòu),所以設(shè)計(jì)成多孔結(jié)構(gòu)的主要原因是燃料電池所使用的燃料及氧化劑大多為氣體(例如氧氣、氫氣等),而氣體在電解質(zhì)中的溶解度并不高,為了提高燃料電池的實(shí)際工作電流密度與降低極化作用,故發(fā)展出多孔結(jié)構(gòu)的的電極,以增加參與反應(yīng)的電極表面積,而此也是燃料電池當(dāng)初所以能從理論研究階段步入實(shí)用化階段的重要關(guān)鍵原因之一。
目前高溫燃料電池之電極主要是以觸媒材料制成,例如固態(tài)氧化物燃料電池(簡稱SOFC)的Y 2O 3-stabilized-ZrO 2(簡稱YSZ)及熔融碳酸鹽燃料電池(簡稱MCFC)的氧化鎳電極等,而低溫燃料電池則主要是由氣體擴(kuò)散層支撐一薄層觸媒材料而構(gòu)成,例如磷酸燃料電池(簡稱PAFC)與質(zhì)子交換膜燃料電池(簡稱PEMFC)的白金電極等。 [4]
2、電解質(zhì) 隔膜
電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑,并傳導(dǎo)離子,故電解質(zhì)隔膜越薄越好,但亦需顧及強(qiáng)度,就現(xiàn)階段的技術(shù)而言,其一般厚度約在數(shù)十毫米至數(shù)百毫米;至于材質(zhì),目前主要朝兩個(gè)發(fā)展方向,其一是先以石棉(Asbestos)膜、碳化硅SiC膜、鋁酸鋰(LiAlO 3)膜等絕緣材料制成多孔隔膜,再浸入熔融鋰-鉀碳酸鹽、氫氧化鉀與磷酸等中,使其附著在隔膜孔內(nèi),另一則是采用全氟磺酸樹脂(例如PEMFC)及YSZ(例如SOFC)。
3、集電器
集電器又稱作雙極板(Bipolar Plate),具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用,集電器的性能主要取決于其材料特性、流場設(shè)計(jì)及其加工技術(shù)。
燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域:
燃料電池用途廣泛,既可應(yīng)用于軍事、空間、發(fā)電廠領(lǐng)域,也可應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車、移動(dòng)設(shè)備、居民家庭等領(lǐng)域。早期燃料電池發(fā)展焦點(diǎn)集中在軍事空間等專業(yè)應(yīng)用以及千瓦級(jí)以上分散式發(fā)電上。電動(dòng)車領(lǐng)域成為燃料電池應(yīng)用的主要方向,市場已有多種采用燃料電池發(fā)電的自動(dòng)車出現(xiàn)。另外,透過小型化的技術(shù)將燃料電池運(yùn)用于一般消費(fèi)型電子產(chǎn)品也是應(yīng)用發(fā)展方向之一,在技術(shù)的進(jìn)步下,未來小型化的燃料電池將可用以取代現(xiàn)有的鋰電池或鎳氫電池等高價(jià)值產(chǎn)品,作為用于筆記本電腦、無線電電話、錄像機(jī)、照相機(jī)等攜帶型電子產(chǎn)品的電源。近20多年來,燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段,燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。在所有燃料電池中,堿性燃料電池(AFC)發(fā)展速度快,主要為空間任務(wù),包括航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水;質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)已廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來應(yīng)用;磷酸燃料電池(PAFC)作為中型電源應(yīng)用進(jìn)入了商業(yè)化階段,是民用燃料電池的shou選;熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)也已完成工業(yè)試驗(yàn)階段;起步較晚的固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)作為發(fā)電領(lǐng)域有應(yīng)用前景的燃料電池,是未來大規(guī)模清潔發(fā)電站的優(yōu)選對(duì)象。
文章來源: ofweek鋰電網(wǎng)
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