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阴极集流件对管式固体氧化物燃料电池性能的影响(3)

时间:2023-01-20 10:17来源:毕业论文
1。2 燃料电池 1。2。1 燃料电池的原理及组成 1、燃料电池的原理 燃料电池是一种有别于传统电池的新型电化学 系统 ,它将燃料和电池两种概念结合在一

1。2 燃料电池

1。2。1 燃料电池的原理及组成

1、燃料电池的原理

燃料电池是一种有别于传统电池的新型电化学系统,它将燃料和电池两种概念结合在一起。它相当于一个“工厂”,在燃料输送进来的同时会把产生的电输出,而且,燃料电池在产生电的时候不会被消耗[2]。它的发电原理和化学电源很相似,是将燃料的化学能转化为电能。电子在电极的转移过程中,阳极催化燃料发生氧化反应,阴极催化氧化剂发生还原反应。燃料电池主要由四部分组成,分别是电极、燃料、电解质及氧化剂。

图1-1是一个详细的燃料电池反应示意图。燃料电池发生反应主要有以下四个步骤:

(1)反应物输入燃料电池;

(2)发生电化学反应;

(3)离子通过电解质传导,电子通过外电路传导;

(4)反应产物排出。

图1-1  燃料电池反应示意图

2、燃料电池的组成

燃料电池主要由以下四个部分组成[3]:

(1)电极(阳极和阴极);是燃料发生氧化反应、电解质发生还原反应的电化学反应场所,主要为多孔结构,阳极和阴极主要是由具有电化学催化活性的材料制成,目前较理想的阳极材料是金属Ni和YSZ复合材料,阴极大多采用La1-XSrXMnO3;

(2)电解质;电解质是燃料电池的核心组件之一,大多采用的是氧化物陶瓷材料;

电解质的性能决定了电池的性能和工作温度,除此之外,他还影响着电极材料的选择和制备方法。

    (3)连接体;燃料电池的单电池功率很低,为了获得较大的输出功率,必须将单电池串联和并联到一起,组成电池堆。在SOFC电池堆中,连接体的作用是连接单电池,同时将燃料和空气隔绝开。目前,连接体材料主要集中于合金材料和LaCrO3基陶瓷材料两种;

(4)燃料;燃料电池的燃料可以是气态的(如氢气),也可以是液态的(如甲醇),少数情况下,固态碳也可以用作燃料电池的燃料;

1。2。2 燃料电池的特点及分类

燃料电池作为一种新型电池,主要有以下特点:

优点:

(1)效率高。燃料电池可以直接将化学能转化为电能,能量转化率在50%左右,综合效率甚至可以达到80%,效率远远高于内燃机;

(2)可靠性高,寿命长。燃料电池拥有全固态部件,无移动部件,非常可靠;

(3)污染少、噪声低。在工作过程中,反应的生成物主要是水蒸气等洁净气体,污染物排放量几乎为零,同时,燃料电池发电的过程中,机械部件摩擦少,几乎无噪音;

(4)燃料来源种类多。可以用作燃料电池的燃料包括天然气、氢气和液化燃料等,也可以使用沼气、甲醇等。由于燃料电池来源十分广泛,如果普及燃料电池,在一定程度上可以解决能源危机;

缺点:

(1)燃料电池的成本高,由于其所使用的材料的特殊性,使燃料电池的成本变得很高,目前仅被应用于几个特殊领域;

(2)燃料电池的温度兼容性,启/停循环的耐久性以及对环境的敏感性都受到限制,应用范围有相当大的局限性;

(3)燃料电池的功率密度有待于提升,目前燃料电池的功率密度满足不了生产要求,在汽车和便携式电子等领域难以形成竞争力;

(4)燃料的可用性及存储存在很多问题,根据目前的研究,氢气是燃料电池的最佳燃料,但氢气难以储存,制备也比较困难,所以在燃料方面还有很多难题未解决。

根据燃料电池电解质的不同[4,5],可以将其分成5种类型: 阴极集流件对管式固体氧化物燃料电池性能的影响(3):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_126362.html

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