燃料電池概述簡(jiǎn)介：

燃料電池一般由燃料極(或稱(chēng)氫極)、空氣極(或稱(chēng)氧極)以及夾在這兩極之間的電解質(zhì)構(gòu)成。工作時(shí)，由外部供給電池的氫在燃料極放出電子成為氫離子，氫離子通過(guò)電解質(zhì)后移向空氣極，而電子則通過(guò)外電路亦到達(dá)空氣極。

在空氣極，由外部供給電池的氧，與氫離子及電子進(jìn)行反應(yīng)生成水。電能由外電路輸出。 燃料電池與我們所熟悉的干電池雖然都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，但它們的最大不同點(diǎn)在于，封存在干電池中參予化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)終將耗盡，反應(yīng)停止，也就不能輸出電能了；而對(duì)于燃料電池，只要外界不斷地供給它燃料氣體和氧化劑，化學(xué)反應(yīng)就能不間斷地進(jìn)行，它就能不停地輸出電能。

現(xiàn)在研制的燃料電池有四種基本類(lèi)型，即磷酸型、溶融碳酸鹽型、固體電解質(zhì)型及堿型燃料電池。它們是根據(jù)電池中所用燃料、氧化劑、電解質(zhì)的不同以及工作溫度和構(gòu)成方式的差別而劃分的。磷酸型燃料電池是用氫的純度極高的天然氣或甲醇作燃料，工作溫度為200℃，反應(yīng)過(guò)程用鉑作催化劑，發(fā)電效率達(dá)40%。溶融碳酸鹽型燃料電池，使用的天燃?xì)馊剂现屑群瑲湟埠谎趸迹€能用含氫純度低的煤氣作燃料，工作溫度在600～700℃，化學(xué)反應(yīng)活躍，不用鉑等昂貴的催化劑，發(fā)電效率可達(dá)50%。

發(fā)電過(guò)程可利用所排熱能，與汽輪機(jī)結(jié)合。復(fù)合發(fā)電，這可使發(fā)電效率提高到55%左右；固體電解質(zhì)型燃料電池中所用的電解質(zhì)是陶瓷化合物，工作溫度可高達(dá)800～1000℃，發(fā)電效率可達(dá)到50%以上；堿性燃料電池是以液氫為燃料，以液氧為氧化劑，成本極高。美國(guó)只在“阿波羅”登月飛船和“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)上使用了這種燃料電池。這種燃料電池不僅作為飛船和航天飛機(jī)的電源系統(tǒng)，而且也為宇航員提供了不可缺少的生活用水及生命保障系統(tǒng)中所需的冷卻用水，這一特點(diǎn)是其他電源所望塵莫及的。

燃料電池主要設(shè)備：

1、利用煤炭的發(fā)電系統(tǒng)

以MCFC為例進(jìn)行介紹。煤炭需經(jīng)煤氣化裝置生成作為MCFC可用燃料的CO及H2，并在進(jìn)入MCFC前除去其中含有的雜質(zhì)(微量的雜質(zhì)就會(huì)構(gòu)成對(duì)MCFC的惡劣影響)，這種供給MCFC精制煤氣，其壓力通常高于MCFC的工作壓力，在進(jìn)入MCFC供氣前先經(jīng)膨脹式渦輪機(jī)回收其動(dòng)力。渦輪機(jī)出口氣體，經(jīng)與部分來(lái)自燃料極(陽(yáng)極)排出的高溫氣體(約700℃)相混合，調(diào)整為對(duì)電池的適宜溫度(約600℃)。該陽(yáng)極氣體的再循環(huán)是，將排出的燃料氣體中所含的未反應(yīng)的燃料成分返回入口加以再利用，借以達(dá)到提高燃料的利用率。向空氣極側(cè)供給O2和CO2是通過(guò)空氣壓縮機(jī)輸出的空氣和排出燃料氣體相混合來(lái)完成的。但是，碳酸氣是采用觸媒燃燒器將未燃的H2及CO變換成H2O和CO2后供給的。

排熱回收系統(tǒng)(末級(jí)循環(huán))，是由利用空氣極側(cè)排氣的膨脹式渦輪機(jī)和利用蒸汽的汽輪機(jī)發(fā)電來(lái)構(gòu)成。膨脹式渦輪機(jī)與壓縮機(jī)的相組合，其剩余動(dòng)力用于發(fā)電。蒸汽是由來(lái)自其下流的熱回收和煤氣化裝置以及陰極氣體再循環(huán)回路中的蒸汽發(fā)生器之間的組合產(chǎn)生，形成汽水循環(huán)。這種機(jī)組的發(fā)電效率，因煤氣化方式和煤氣精制方式等的不同而有若干差異。利用煤系統(tǒng)SOFC其構(gòu)成是復(fù)雜的。但若用管道氣就簡(jiǎn)單多了，主要的是采用煤炭氣化系統(tǒng)造成的，其效率為45~55%。

2、利用天然氣的發(fā)電系統(tǒng)

MCFC需要供給的燃料氣體是H2，它可由天然氣中的CH4改質(zhì)生成。空氣極側(cè)需要的O2通過(guò)空氣壓縮機(jī)供給。另一個(gè)反應(yīng)因素CO2，空氣極側(cè)反應(yīng)等量地再利用發(fā)電時(shí)燃料極產(chǎn)生的CO2。除了有CO2外，燃料極排出氣體還含有未反應(yīng)的可燃成份，一起輸送到改質(zhì)器的燃燒器側(cè)，天然氣改質(zhì)所必需的熱量就由該燃燒熱供給。這種情況下，排出的燃料氣體會(huì)含有過(guò)多的H2O，將影響發(fā)熱量，為此通常是先將排出燃料氣體冷卻，將水份濾去后再輸送到改質(zhì)器的燃燒側(cè)。從改質(zhì)器燃燒側(cè)出來(lái)的氣體與來(lái)自壓縮機(jī)的空氣相混合后供給空氣極側(cè)。

在使用PAFC的情況下，若以煤炭為燃料發(fā)電時(shí)就不容易了，采用天然氣時(shí)，其構(gòu)成類(lèi)似于MCFC機(jī)組，基本上是由電池本體發(fā)電。原因是PAFC排出氣體溫度較低，與其進(jìn)行附加發(fā)電不如作為熱電聯(lián)產(chǎn)電源。SOFC能和較高溫度的排氣體構(gòu)成附加發(fā)電系統(tǒng)，由于SOFC不需要CO2的再循環(huán)等，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其發(fā)電效率可以達(dá)到50-60%。