理论教育 燃料电池分类及特点-新能源汽车认识与使用

燃料电池分类及特点-新能源汽车认识与使用

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:燃料电池种类繁多,到目前为止,人们已经开发出多种类型的燃料电池。按电解质分类目前,最常用的分类方法是按燃料电池所采用的电解质的类型分类。根据燃料电池中使用电解质种类的不同,通常可分为以下五类。3)高温型燃料电池:工作温度范围一般是500℃~1000℃,这种类型的电池包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

燃料电池分类及特点-新能源汽车认识与使用

燃料电池种类繁多,到目前为止,人们已经开发出多种类型的燃料电池。通常燃料电池可按其电解质类型、工作温度、燃料的来源、燃料的状态等进行分类。

(1)按电解质分类

目前,最常用的分类方法是按燃料电池所采用的电解质的类型分类。根据燃料电池中使用电解质种类的不同,通常可分为以下五类。

1)质子交换膜燃料电池(PEMFC),如图4-1(a)所示:通常以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质。这种电解质具有高功率一重量比和低工作温度,是适用于固定和移动装置的理想材料。

2)碱性燃料电池(AFC),如图4-1(b)所示:采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高(可达60%~90%),但对影响纯度的杂质,如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。

图4-1 燃料电池类型

3)磷酸燃料电池(PAFC),如图4-1(c)所示:采用200℃高温下的磷酸作为其电解质,很适合用于分散式的热电联产系统。

4)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),如图4-1(d)所示:以熔融的锂.钾或锂一钠碳酸盐为电解质,工作温度可达650℃。这种电池的效率很高,但材料需求的要求也高。

5)固体氧化物燃料电池(SOFC),如图4-1(c)所示:采用的是固态电解质(钻石氧化物),性能很好。并需要采用相应的材料和过程处理技术,因为电池的工作温度约为1000℃。

按电解质分类的这几种燃料电池具有各自的工作特性和适用范围,并且处于不同的发展阶段。碱性燃料电池的效率很高,发展非常成熟,但其工作条件要求隔绝CO2,应用领域主要集中在航天方面。磷酸燃料电池技术已经非常成熟,被称为第一代燃料电池,它是最接近商业化的燃料电池,但磷酸燃料电池需要用到贵金属铂催化剂,成本较高,且其工作温度不够高,余热利用价值低。熔融碳酸盐燃料电池发展较早,被称为第二代燃料电池,固体氧化物燃料电池的研究则起步较晚,被称为第三代燃料电池,这两种燃料电池工作效率高,被认为最适合实现热电联供,但由于其工作温度较高,所以对电池材料的要求也较高。质子交换膜燃料电池技术近期发展迅速,采用较薄高分子隔膜作电解质,具有很高的比功率,而且工作温度较低,特别适合作为便携式电源新能源汽车车载电源,但目前的主要问题是成本太高。

(2)按工作温度分类根据工作温度的不同,燃料电池可分为以下四类。(www.daowen.com)

1)低温燃料电池:工作温度范围一般是25℃~100℃,如固体聚合物电解质燃料电池。

2)中温燃料电池:工作温度范围一般是100℃~500℃,如磷酸型燃料电池。

3)高温型燃料电池:工作温度范围一般是500℃~1000℃,这种类型的电池包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

4)超高温型燃料电池:工作温度范围一般是高于1000℃。

(3)按燃料的来源分类

根据燃料电池使用燃料的来源不同,可分为以下三类。

1)直接型燃料电池是指燃料不经过转化步骤直接参加燃料电池的电极反应,比如氢氧燃料电池,燃料直接使用氢气。

2)间接型燃料电池是指燃料不直接参加电化学反应,而是要通过重整等方法将燃料转化后再供给燃料电池发电,比如将甲醇重整后富氢的混合气作为燃料电池的燃料,即其燃料不是直接使用氢气,而是通过某种方法把甲烷、甲醇或其他烃类化合物转变成氢或含富氢的混合气后再供给燃料电池。

3)再生型燃料电池是指将燃料电池反应生成的水经过某种方式(如热和光等)分解成氢和氧,再将氢和氧重新输送给燃料电池进行发电。

(4)按燃料状态分类根据燃料电池的燃料状态不同,可分为液体型燃料电池和气体型燃料电池。

此外,根据燃料电池使用燃料的种类,可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等;根据燃料电池运行机理的不同,可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

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