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不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 更新時(shí)間:2024-06-21    點(diǎn)擊量:449

本文是一篇全面的綜述,探討了不同類型的燃料電池及其應(yīng)用。燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)裝置,被認(rèn)為是清潔和高效能源生產(chǎn)的有前途的技術(shù)。

 

1. 引言

燃料電池作為清潔和高效能源生產(chǎn)技術(shù),只產(chǎn)生水和熱作為副產(chǎn)品。

 

詳細(xì)介紹了不同類型的燃料電池,包括質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)、固體氧化物燃料電池(SOFCs)、堿性燃料電池(AFCs)、直接甲醇燃料電池(DMFCs)和磷酸燃料電池(PAFCs)。

 

討論了燃料電池在交通、固定式發(fā)電、便攜式電源和軍事航空等領(lǐng)域的應(yīng)用。

 

2. 燃料電池的分類

2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

PEMFCs是一種燃料電池,它使用聚合物電解質(zhì)膜將質(zhì)子從陽極傳導(dǎo)到陰極。PEMFCs具有高功率密度、低工作溫度,是便攜式和運(yùn)輸應(yīng)用的理想選擇。在PEMFCs中,氫氣被輸送到陽極,在那里它被分裂成質(zhì)子H+和電子e-。質(zhì)子通過聚合物電解質(zhì)膜傳導(dǎo)到陰極,而電子通過外部電路流動,產(chǎn)生電能。在陰極,質(zhì)子與氧結(jié)合形成水。

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

優(yōu)缺點(diǎn)如下:

 

使用聚合物電解質(zhì)膜傳導(dǎo)質(zhì)子。

 

高功率密度,低操作溫度,適合便攜和交通應(yīng)用。

 

優(yōu)點(diǎn)包括高效率、低排放和快速啟動時(shí)間。

 

缺點(diǎn)包括成本高和對雜質(zhì)敏感。

 

2.2 固體氧化物燃料電池(SOFCs)

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

固體氧化物燃料電池是一種利用固體氧化物電解質(zhì)將氧離子從陰極傳導(dǎo)到陽極的燃料電池。sofc效率高,可以在高溫下工作,是固定式發(fā)電應(yīng)用的理想選擇。sofc是一種燃料電池,它使用固體氧化物電解質(zhì)將氧離子從陰極傳導(dǎo)到陽極。sofc效率高,可以在高溫下工作,是固定式發(fā)電應(yīng)用的理想選擇。下圖是三種類型燃料的SOFC(可見方程式):

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

優(yōu)缺點(diǎn)如下:

 

使用固體氧化物電解質(zhì)傳導(dǎo)氧離子。

 

高效率,能在高溫下運(yùn)行,適合固定式發(fā)電應(yīng)用。

 

優(yōu)點(diǎn)包括高效率、低排放和長壽命。

 

缺點(diǎn)包括高操作溫度可能導(dǎo)致熱應(yīng)力。

 

2.3 堿性燃料電池(AFCs)

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

AFC是一種燃料電池,它使用堿性電解質(zhì),通常是氫氧化鉀(KOH)。加濕的氫氣被輸送到陽極,在穿透 GDL 并到達(dá)催化劑層 (CL) 后,氫氣與電解液中的氫氧根離子反應(yīng),產(chǎn)生水和電子;加濕氧源(通常是純凈空氣/氧氣)與水一起供應(yīng)給陰極。溶解在水中的氧氣在陰極 CL 還原成氫氧根離子,氫氧根離子通過電解質(zhì)擴(kuò)散到陽極,參與氫氧化反應(yīng) (HOR)。

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

優(yōu)缺點(diǎn)如下:

使用堿性電解質(zhì)傳導(dǎo)氫氧離子。

 

高效率,長壽命,但對二氧化碳和其他雜質(zhì)敏感。

 

優(yōu)點(diǎn)包括高效率、快速反應(yīng)速率和長壽命。

 

缺點(diǎn)包括對雜質(zhì)敏感和需要高純度反應(yīng)物。

 

2.4 直接甲醇燃料電池(DMFCs)

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

DMFC是一種以甲醇為燃料,以質(zhì)子交換膜(PEM)為電解質(zhì)的燃料電池。DMFC具有高能量密度,易于處理和存儲,具有在便攜式電子設(shè)備中使用的潛力。在DMFC中,甲醇被送入陽極,在那里它被催化劑氧化,產(chǎn)生質(zhì)子、電子和二氧化碳。質(zhì)子通過PEM到達(dá)陰極,而電子通過外部電路流動,產(chǎn)生電能。在陰極,氧被還原成水。DMFC中的總反應(yīng)可表示為:

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

優(yōu)缺點(diǎn)如下:

 

使用甲醇作為燃料,質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。

 

高能量密度,易于處理和儲存,適合便攜式電子設(shè)備。

 

2.5 微生物燃料電池(MFCs)

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

利用微生物氧化有機(jī)物來發(fā)電的MFCs。MFCs具有用于廢水處理、生物能源生產(chǎn)和涉及使用有機(jī)物的其他應(yīng)用的潛力。在MFCs中,微生物,通常是細(xì)菌附著在電極表面或懸浮在兩個(gè)電極之間的溶液中。微生物氧化有機(jī)物,如廢水或有機(jī)廢物,并將電子轉(zhuǎn)移到陽極,在那里它們被收集并通過外部電路傳導(dǎo)到陰極,產(chǎn)生電能。在陰極,氧被還原成水。MFCs中的反應(yīng)可表示為:

 

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

優(yōu)缺點(diǎn)如下:

 

使用微生物從有機(jī)物中產(chǎn)生電能。

 

低功率密度,但可以使用多種燃料,有潛力應(yīng)用于廢水處理和生物能源生產(chǎn)。

 

3. 結(jié)果與討論

不同類型燃料電池及其應(yīng)用綜述

 

比較了七種燃料電池的性能,包括操作條件、燃料、效率、功率密度和成本。

 

每種燃料電池都有其不同的特點(diǎn)和運(yùn)行特性。

 

燃料電池的應(yīng)用范圍廣泛,包括交通、固定式發(fā)電、便攜式設(shè)備、軍事應(yīng)用、海洋應(yīng)用和醫(yī)療應(yīng)用。

 

4. 結(jié)論

1.燃料電池作為一種有前途的清潔能源技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)。

 

2.不同類型的燃料電池具有不同的優(yōu)勢和劣勢,適用于特定的應(yīng)用和操作條件。

 

3.燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域多樣且不斷擴(kuò)展,提供了一種減少溫室氣體排放、緩解氣候變化的可行替代方案。

 

4.燃料電池的廣泛應(yīng)用仍受到成本、耐久性和可擴(kuò)展性等挑戰(zhàn)的限制。

 

5.需要進(jìn)一步的研究和開發(fā)工作來提高燃料電池的性能,降低成本,增加其商業(yè)可行性。

 

來源:氫眼所見

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