资源描述：
《熔融碳酸盐燃料电池》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、熔融碳酸盐燃料电池燃料电池简介一、发展过程燃料电池的原理始见于1839年Grove发表的氢和氧反应可发生电的论文,但长期未受到重视。直到二十世纪六十年代适应宇航事业的需要才开始应用,并不惜工本开发出高性能的燃料电池。1967年美国将它列人TARGET计划(天然气转换研究计划),着手开发以天然气为燃料的民用燃料电池发电,日本的大阪和东京煤气公司亦参与了这一计划。七十年代这种污染少而发电效率高的技术受到了多方重视。但除了磷酸盐型燃料电池开发较快外,熔融碳酸盐型燃料电池和固体电解质型燃料电池因难度很高,所需燃料氢的开发尚未很好解决,因而进展不快。直到1981年列人日本月光计划中的大型节能技
2、术项目后,除将磷酸盐型电池列人扩大试验和应用开发计划外,将碳酸盐型电池进行工业应用试验,固体电解质型电池则从基础研究开始,进行了长期系统的研究。二、基本原理和特点l、基本原理是水电解后生成氢和氧的逆反应。即氢和氧燃烧时所产生的吉布斯自由能直接变成电能。由于不经过常规发电流程中的热能和机械能的转换环节,故发电效率较高,污染少。2、它和一般蓄电池基本相似,由正极、电解质和负极等基本元件组成。不同的是蓄电池用完后需通过充电来恢复功能,而它只要不断供人氢和氧就可不断发电。开、停方便,适于做调峰负荷.3、扩大规模时只是将若干个基本元件组叠加和串接组合即可。其效率不受规模大小的影响,故适于孤岛和
3、生活区的独立电源。4、由于反应温度高,可利用余热供热;用于生活民用时,还可简化送配电系统,减少转电损耗。5、电池本体无可动部分,加上附属系统的整体可动件亦少,无噪音污染。三、燃料电池的应用前景燃料电池用于军事、航天等尖端技术领域,经济上的考虑是第二位的,但作为地面商业化发电设备,目前的价格3000美元/kw远远高于国际上大型现代化电站建设价格(约1000美元/kw)。不过,如果按目前的发展PAFC降到1500美元/kw,又考虑到传统发电设备所排放的N仪、05:的污染防治费用,也许燃料电池发电更为经济。随着燃料电池技术的逐渐成熟,只要扩大工业化生产规模和积累发电管理经验,燃料电池发电必
4、将扩大应用。作为电动车能源,PEMFC有许多优点,但成本没有大幅度下降,就很难推广使用。而DMFc,从目前研究水平看,在电催化、功率密度等方面还有许多工作要做,离实际使用还有一段距离。熔融燃料电池一、简介与其它燃料电池相比,熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)具有很强的竞争力:(1)MCFC的发电效率高,通常达到50%以上;(2)MCFC余热品位高,可用作燃料的处理和联合发电,或甲烷的内部重整,若电热两方面都利用,效率可提至80%;(3)可用CO作燃料,故可直接用净化煤气或天然气作燃料;(4)以熔融碳酸盐为电解质,不需用铂等贵重金属作为催化剂;(5)相比其它发电方式,当负载指数大于45%,
5、MCFC发电系统年成本最低,尤其适用于中小规模分散型发电系统。 目前,MCFC的主要技术问题已经基本解决。美国、日本等正在进行百千瓦和兆瓦级的实用演示试验,预计距商业化为期不远。近年来国内对燃料电池技术增加了投入和关注,取得了一定的突破。二、MCFC系统发电原理1. MCFC单电池 MCFC单电池结构如图1所示,由燃料极(阳极,Ni多孔体)、空气极(阴极,NiO多孔体)和两电极板之间的电解质板(一般是浸注Li和K的混合碳酸盐的LiAlO2多孔性陶瓷板)组成。典型的电解质组成是62%Li2CO3+38%K2CO3(摩尔分数)。电解质中的离子导体是碳酸根(CO32-)。电催化剂无需使
6、用贵金属,而以雷尼镍和氧化镍为主。MCFC中的电化学反应在气-液(电解质)-固三相界面进行。MCFC依靠多孔电极内毛细管压力的平衡来建立稳定的三相界面。在阳极,H2与电解质中的CO32-反应生成CO2和H2O,同时将电子送到外电路。在阴极,空气中的O2和CO2与外电路送来的电子结合生成CO32-。为保持电解质成分不变,将阳极生成的CO2供给阴极,实现循环。2. MCFC电堆由一组电极和电解质板构成的单体电池工作时输出电压为0.6～0.8V,电流密度约150～200mA/cm2。为获得高电压,将多个单电池串联,构成电堆。相邻单电池间用金属隔板隔开,隔板起上下单电池串联和气体流路的作用。
7、电堆安装在圆形或方形的压力装置中。1.燃料处理装置2.燃料电池发电装置3.电力调节装置4.合成气体、氢气和重整气体5.天然气、煤6.联合发电或底层循环7.直流电 8.交流电9.富氢气体图2 MCFC系统概念图3. MCFC发电系统图2为MCFC电池发电系统的概念图。除电堆本身外,最基本的MCFC发电系统还包括从传统燃料(天然气、富氢气体、甲烷或煤)中产生的燃料处理装置,直交流变换位置以及余热利用(联合发电或底层循环)等部分组成。三、影响MCFC性能的因素1
