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【干货】燃料电池的研究进展综述

北极星储能网讯:一.燃料电池简介

1.定义

燃料电池(FuelCells)是一种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置,能量转化率高。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。由于在能量转换过程中,几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物,燃料电池还被认为是一种环境友好的能量转换装置。由于具有这些优异性,燃料电池技术被认为是21世纪新型环保高效的发电技术之一。随着研究不断地突破,燃料电池已经在发电站、微型电源等方面开始应用。

2.基本结构

燃料电池的基本结构主要是由四部分组成,分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。通常阳极为氢电极,阴极为氧电极。阳极和阴极上都需要含有一定量的电催化剂,用来加速电极上发生的电化学反应,两电极之间是电解质。

图1.燃料电池基本结构示意图

3.分类

目前燃料电池的种类很多,其分类方法也有很多种。按不同方法大致分类如下:

(1)按运行机理来分类:可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池;

(2)按电解质的种类来分类:有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质

图2.燃料电池分类详细介绍

(3)按燃料的类型来分类:有直接式燃料电池和间接式燃料电池;

(4)按燃料电池工作温度分:有低温型(低于200℃);中温型(200-750℃);高温型(高于750℃)。

4.原理

燃料电池的工作原理相对简单,主要包括燃料氧化和氧气还原两个电极反应及离子传输过程。早期的燃料电池结构相对简单,只需要传输离子的电解质和两个固态电极。当以氢气为燃料,氧气为氧化剂时,燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为:

阳极:H2→2H++2e-

阴极:1/2O2+2H++2e-→H2O

总反应:H2+1/2O2→H2O

其中,H2通过扩散达到阳极,在催化剂作用下被氧化成和e-,此后,H+通过电解液到达阴极,而电子则通过外电路带动负載做功后也到达阴极,从而与O2发生还原反应(ORR)。

图3.燃料电池原理示意图

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