關(guān)于新型燃料電池的認(rèn)識與研究

廣西柳州市融水縣中學(xué) 覃蘭艷

燃料電池是一種新型的無污染、無噪音、高效率、大功率的汽車動(dòng)力以及發(fā)電設(shè)備。燃料電池作為作為一種環(huán)保節(jié)能新能源深受人們的重視。對此本文主要探究了新型燃料電池的優(yōu)點(diǎn)以及燃料電池的主要工作原理與類型，對其進(jìn)行簡單的認(rèn)識與研究。

一、燃料電池的優(yōu)點(diǎn)

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)燃料電池具有一定的優(yōu)點(diǎn)，主要如下。

第一，燃料電池在工作過程中不受熱機(jī)效率的限制，其能量轉(zhuǎn)換效率相對較高，在理論上來說，其發(fā)電效率可以達(dá)到百分之百。如果將氫氣作為主要燃料，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)在應(yīng)用中的實(shí)際效率高達(dá)百分之五十八點(diǎn)四。利用熱電聯(lián)產(chǎn)以及聯(lián)合循環(huán)綜合等形式對電能進(jìn)行使用，燃料電池的整體熱效率可以高達(dá)百分之八十以上；在應(yīng)用過程中，燃料電池發(fā)電效率與使用規(guī)模并沒有太大的關(guān)系，一些小型設(shè)備也可以達(dá)到一定的高效率；

第二，無污染，噪音低，是一種綠色新能源。

第三，在熱備用狀態(tài)之下，其負(fù)荷變化能力相對較強(qiáng)，在每秒鐘可以基于百分之五十的負(fù)荷展開相應(yīng)的變化；

第四，燃料電池的存儲能力與自身體積的大小沒有關(guān)系，只要保證燃料持續(xù)攻擊，就會持續(xù)產(chǎn)生電能；

第五，具有高度的靈活性。在操作中可以根據(jù)具體的需求進(jìn)行定制，可以組裝成不同模式的發(fā)電裝置，在各種場合均可以應(yīng)用；

第六，燃料使用范圍較為廣闊?；谌剂现卣饕约跋嚓P(guān)燃料電池、電堆組成的燃料電池電站可以通過各種氣態(tài)化石燃料如，天然氣，LPG等；液態(tài)化石燃料如，柴油，甲醇等燃料提供供給。

二、現(xiàn)階段燃料電池的主要類型以及相關(guān)工作原理

燃料電池在應(yīng)用過程中，主要利用各種燃料以及氧化劑電化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生各種電能以及副熱能。其中FC主要是通過燃料電極的負(fù)極以及氧化劑電極的正極與電解質(zhì)共同構(gòu)成的。其中電解質(zhì)的作用就是對兩個(gè)電極進(jìn)行隔離，燃料以及氧化劑在燃料電極以及氧化劑的電極中進(jìn)入到電池內(nèi)部；在燃料電池實(shí)際工作的時(shí)候，其中燃料的負(fù)極處會發(fā)生一定的氧化反應(yīng)，而氧化劑在正極的接觸處會發(fā)生一定的還原反應(yīng)；也就是說在外電路會產(chǎn)生一定的電位差，就會引起電子的外電路流動(dòng)的產(chǎn)生，進(jìn)而造成一定的低壓直流電。而在電池內(nèi)部的電荷載體傳到就會通過電解質(zhì)完成相關(guān)工作，進(jìn)而產(chǎn)生一定的水和二氧化碳。如果持續(xù)的保持燃料供給，電池就會保持持續(xù)發(fā)電。燃料電池的具體表達(dá)通式如下：燃料、電極、電解質(zhì)、電極、空氣或者氧氣（+）。燃料可以為氫氣、甲烷、鈷、甲醇等燃料，其中電解質(zhì)可以分為水溶液、熔融鹽、固體聚合物以及固體氧化物等?，F(xiàn)階段主要應(yīng)用的燃料電池類型主要分為酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及質(zhì)子交換膜燃料電池四種形式。下面就來簡單的認(rèn)識一下這四種類別的燃料電池。

第一，磷酸類別的燃料電池(PAFC)。這是一種相對較為完善的民用技術(shù)電池。主要是通過H以及鈷含量小于百分之零點(diǎn)一的組成作為主要燃料，其中空氣作為氧化劑，電解質(zhì)主要是通過磷酸溶液以及電解質(zhì)機(jī)體構(gòu)成的；其中電極是通過催化劑(鉑系金屬)與碳黑載體共同組成的。PAFC在工作過程中的溫度在攝氏度200度左右，其發(fā)電效率約為百分之四十左右。此種燃料電池的余熱利用價(jià)值相對較低，且啟動(dòng)時(shí)間相對較長，無法作為移動(dòng)電力電源。在近年來對其研究相對較少，但是如果對其進(jìn)行批量生產(chǎn)且降低價(jià)格，還是有一定的市場空間的。

第二，熔融碳酸鹽類別的燃料電池(MCFC)。這是一種高溫燃料電池，實(shí)際的工作溫度為攝氏度六百到七百之間，通過一些多孔金屬陽極、多孔氧化物的陰極、電解質(zhì)板以及導(dǎo)電雙極板等共同組成。主要燃料為H、煤氣或天然氣,其氧化劑為氧氣或者空氣以及CO2的混合氣體；其中電解質(zhì)是熔融碳酸鹽(Li2CO3-K2CO3)，在電極反應(yīng)中的相關(guān)載荷子為CO-32。因?yàn)樵诠ぷ髦蠱CFC的工作溫度相對較高；其余熱有一定的利用空間，同時(shí)因?yàn)槠淇梢杂糜谌萘肯鄬^大的中心電站,也可以進(jìn)行火力發(fā)電并行以及取代火力發(fā)電的發(fā)展可能。

第三，固體氧化物類別的燃料電池(SOFC)。固體氧化物類別的燃料電池主要基于氧化釔為穩(wěn)定化的氧化鋯為電解質(zhì)；其中鍶摻雜的錳酸鑭作為其氧化劑電極, 鎳電解質(zhì)作為陽極的一種全固態(tài)陶瓷結(jié)構(gòu)。SOFC是一種高溫電池,其實(shí)際工作溫度在一千攝氏度左右，其轉(zhuǎn)化效率基于百分之五十以及六十之間。

第四，質(zhì)子交換膜類別的燃料電池(PEMFC)。被稱為第五代新型燃料電池，相對于其他類別的燃料電池來說，其工作溫度相對較低，其啟動(dòng)速度與比能、使用壽命與應(yīng)用等都具有一定的優(yōu)勢；對此其發(fā)展相對較為迅速。質(zhì)子交換膜型燃料電池基于全氟磺酸型固體聚合物作為電解質(zhì)，其中將 Pt/C或者Pt- Ru/C作為一種電催化劑,H以及相關(guān)凈化重整氣作為主要燃料,將空氣或者純氧作為氧化劑?，F(xiàn)階段，基于質(zhì)子交換膜燃料為主的電池作為主要?jiǎng)恿Φ碾妱?dòng)車已經(jīng)在取得了一定的研究成果，其性能可以與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比，但是售價(jià)相對較高；對此，這種燃料電池電動(dòng)車是美國政府以及相關(guān)大汽車公司未來發(fā)展的重點(diǎn)。

結(jié)束語：基于現(xiàn)階段能源組成的實(shí)際問題著手，要緩解我國依賴煤炭以及石油能等能源就要提高對新型燃料電池的重視，要充分利用燃料電池的優(yōu)勢，深入探究其功能與優(yōu)勢，為構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境奠定基礎(chǔ)。