及燃料气体和空气之间的分离,采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流路的部件,PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。
堆的出力由总的电压和电流的乘积决定,电流与电池中的反应面积成比。
PAFC的电解质为浓磷酸水溶液,而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。
电极均采用碳的多孔体,为了促进反应,以Pt作为触媒,燃料气体中的CO将造成中毒,降低电极性能。
为此,在PAFC和PEMFC应用中必须限制燃料气体中含有的CO量,特别是对于低温工作的PEMFC更应严格地加以限制。
磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是:燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器,把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物,CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。
经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极,同时将氧输送到燃料堆的正极进行化学反应,借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。
相对PAFC和PEMFC,高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒,以CO为主要成份的煤气化气体可以直接作为燃料应用,而且还具有易于利用其高质量排气构成联合循环发电等特点。
含有电极反应相关的电解质和上下与其相接的2块电极板,以及两电极各自外侧流通燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等,电解质在MCFC约600~700℃的工作温度下呈现熔融状态的液体,形成了离子导电体。
电极为镍系的多孔质体,气室的形成采用抗蚀金属。
MCFC工作原理。空气极的O2和CO2与电相结合,生成CO32-,电解质将CO32-移到燃料极侧,与作为燃料供给的H+相结合,放出e-,同时生成H2O和CO2。化学反应式如下:
燃料极:
空气极:
全体:
在这一反应中,e-同在PAFC中的情况一样,它从燃料极被放出,通过外部的回路反回到空气极,由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。
另外,MCFC的最大特点是,必须要有有助于反应的CO32-离子,因此,供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。
并且,在电池内部充填触媒,从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质,在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。
而在燃料是煤气的情况下,其主成份CO和H2O反应生成H2,因此,可以等价地将CO作为燃料来利用。
为了获得更大的出力,隔板通常采用Ni和不锈钢来制作。
SOFC是以陶瓷材料为主构成的,电解质通常采用ZrO2,它构成了O2-的导电体Y2O3作为稳定化的YSZ而采用。
电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷,空气极采用LaMnO3。
隔板采用LaCrO3。
为了避免因电池的形状不同,电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等,开发了在较低温度下工作的SOFC。
第0239章预告无法解决的技术问题
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