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做和21世纪燃料电池绿色电站

发布时间:2021-09-20 04:08:36 阅读: 来源:塑料箱厂家

21世纪燃料电池绿色电站

1前言

随着现代文明的发展,人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病。一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能,受卡诺循环及现代材料的限制,在机端所获得的效率只有33~35%;二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染 环境的能源利用方式。这就是燃料电池发电技术。燃料电池是具有能源革命意义的新一代能源动力系统,被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第 三代动力系统。燃料电池对解决“能源短缺”和“环保护社会和谐境污染”这两大世界难题有重要的意义 ,国际能源界普遍认为是一种可持续发展的能源。

2燃料电池的特点及原理

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大 特点是由于反应过程中不涉及到燃烧,回此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制,其 能量转换率高达60%~80%,实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍。另外,它还具有燃 料多样化、排气干净、噪音低、环境污染小、可靠性强及维修性好等优产业当前的核心问题是环保问题点。

燃料电池中最重要的组成部分即电解质。电解质的类型决定了燃料电池的工作温度、电极上所采用的催化剂以及发生反应的化学物质。按电解质划分,燃料电池大致可分为四类:再生氢氧燃料电池(CRFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

2.1质子交换膜燃料电池

PEMFC技术是目前世界上最成熟的一种将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能 的技术,其工作原理如图1所示。氢气通过管道或导气板到达阳极,在阳极催化剂作用下, 氢分子解离产品质量有保证为带正电的氢离子(即质子)并释放出带负电的电子。氢离子穿过电解质(质子交换膜)到达阴极;电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流,通过适当连接可向负载输出电能,在电池另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极;在阴极催化剂作用下,氧与氢离子及电子发生反应生成水。质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质,无电解质腐蚀问题,能量转换效率高,无污染,可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景,尤其是电动车的最佳驱动电源。2.2熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构 成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。反应原理如图2所示。

熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃),具有效率高(高于40%)、噪音低、无污 染、燃料多样化(氢气、煤气、天然气和生物燃料等)、余热利用价值高和电池构造材料价 廉等诸多优点,是下一世纪的绿色电站。

2.3固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质,除了高效、环境友好的特点外,它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题;在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用,使其综合效率可由50%提高到70%以上;它的燃料适用范围广,不仅能用H2,还可直接用CO 、天然气(甲烷)、煤汽化气,碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散 和集中发电,其工作原理如图3所示。

2.4再生氢氧燃料电池

再生氢氧燃料电池将水电解技术(电能+2H2O2H2+O2)与氢氧燃料电池技术(2H2+O2H2O+电能)相结合,氢氧燃料电池的燃料H2、氧化剂O2可通过水电解过 程得以“再生”,起到蓄能作用。工作原理如图4。再生氢氧燃料电池可以用作空间站电源 。 燃料电池其原理是一种电化学装置,其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物 质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质, 只是个催化转换元件,因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电 池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。原则上只要反应物不断输入,反应产物不 断排除,燃料电池就能连续地发电。  另外,只有燃料电池本体还不能工作,必须有一套相应的辅助系统,包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统,电性能控制系统及安全装置等。

3燃料电池发电系统

下面将以熔融碳酸盐燃料电池为例简要地进行介绍燃料电池的发电系统。

3.1利用天然气的发按 启动 键机电开电系统

MCFC需要供给的燃料气体是H2,它可由天然气中的CH4,改质生成,其反应在改质器中 进 行。改质器

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