碱性燃料电池简介PPT课件.pptx

碱性燃料电池 原理与应用展望 简介 碱性燃料电池 AFC 是以碱性溶液为电解质 将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置 是最早获得应用的燃料电池 由于其电解质必须是碱性溶液 因此而得名碱性燃料电池 在1973年成功地应用于Apollo登月飞船的主电源 使人们看到了燃料电池的诱人前景 但近年来汽车等行业普遍使用的却是离子交换膜燃料电池 PEMFC 等 对此 进行分析 研究与展望 AFC结构示意图 1 1原理 材料 在AFC中 浓KOH溶液既当作电解液 又作为冷却剂 它起到从阴极到阳极传递OH 的作用 氢氧化钠和氢氧化钾溶液 以其成本低 易溶解 腐蚀性低 而成为首选电解质 导电离子为OH 燃料为氢AFC的催化剂主要用贵金属铂 钯 金 银和过渡金属镍 钴 锰等 原理反应式及电位计算 其反应原理如下 阳极反应 H2 2OH 2H2O 2e 标准电极电位为 0 828V阴极反应 1 2O2 H2O 2e 2OH 标准电极电位为0 401V总反应 1 2O2 H2 H2O理论电动势为0 401 0 828 1 229V AFC实物图 上世纪六十年代用于航天器的AFC 优点 a 从耐电解液性方面来看 不必使用价格昂贵的铂系催化剂 氢电极可采用镍系催化剂 氧电极可采用银系催化剂 b 工作温度在100 以下 启动快 且电池的构成材料的选择范围广 造价低 c 与其他燃料电池相比 碱性燃料电池系统具有较高的电效率 60 90 缺点 a 由于空气中含有CO2 一旦电解液与含有CO2的气体接触 电解液中就会生成碳酸根离子 如含量超过30 输出功率便会急剧下降 因此必须配置CO2除去装置 这样势必要提高造价 b 为保持一定的电解液浓度 需要进行适当的控制 因而使系统复杂化 成本增高 c 由于低温工作 所以废热利用困难 另外 冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小 因此体积变大 1 4改进措施 电化学法除去CO2CO2可通过电化学方法消除 在碳酸盐形成后 将AFC在短时间内运行在高电流条件下 可大大降低阳极附近的OH一浓度 碳酸盐的浓度相对增大 形成H2C03 并分解 释放出CO2 达到消除的目的 这种方法简单易行 无须增加任何辅助设备 使用循环电解液M Cifrain等提出循环电解液的方法 通过更新电解液 将电解液中生成的碳酸盐去除 并不断添加作为载流子的OH一 减弱了碳酸盐析出对电极的机械破坏 保证了充足的载流子的数量 还有利于水和热的管理 使AFC可高效 长时间工作 此方法的缺陷是增加了AFC的复杂性 1 5应用领域 碱性燃料电池分为中温 工作温度约为523K 和低温 工作温度低于373K 两种 中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目上的电源 经过几十年的应用 被证明是安全可靠的太空电源低温碱性燃料电池是今后开发的重点 其应用目标是便携式电源和交通工具用动力电源 结论 AFC具有效率高 启动快 价格低廉的优点 仍然具有一定的发展潜力 尤其是近年来AFC的CO2毒化问题已基本解决 且氨的使用也为AFC的应用展开了一片较好的前景 AFC和PEMFC各有所长 今后在重点发展PEMFC的同时 也应对AFC进行更深入的研究 进一步挖掘AFC的潜力 参考文献 1 张姝 毕剑 赖欣 高道江AFC电催化剂的研究进展 期刊论文 电池2006 06 2 韩家军 李宁 张天云 魏