关于燃料电池发电技术调研报告 (一 )

侧，与作为燃料供给的H+相结合，放出e-，同时生成H2O和CO2。化学反应式如下：
　　
　　燃料极：H2+CO23-=H2O+2e-+CO2（4）
　　
　　空气极：CO2+1/2O2+2e-=CO23-（5）
　　
　　全体：H2+1/2O2=H2O（6）
　　
　　在这一反应中，e-同在PAFC中的情况一样，它从燃料极被放出，通过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。另外，MCFC的最大特点是，必须要有有助于反应的CO23-离子，因此，供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。而在燃料是煤气的情况下，其主成份CO和H2O反应生成H2，因此，可以等价地将CO作为燃料来利用。为了获得更大的出力，隔板通常采用Ni和不锈钢来制作。
　　
　　SOFC是以陶瓷材料为主构成的，电解质通常采用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3（氧化钇）作为稳定化的YSZ（稳定化氧化锆）而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板采用LaCrO3(氧化镧铬)。为了避免因电池的形状不同，电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等，开发了在较低温度下工作的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池一样的平板型外，还有开发出了为避免应力集中的圆筒型。SOFC的反应式如下：
　　
　　燃料极：H2+O2-=H2O+2e-（7）
　　
　　空气极：1/2O2+2e-=O2-（8）
　　
　　全体：H2+1/2O2=H2O（9）
　　
　　燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反应生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。全体同其他燃料电池一样由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其属于高温工作型，因此，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。
　　
　　
　　
　　表1燃料电池的分类
　　
　　类型
　　
　　磷酸型燃料电池（PAFC）
　　
　　熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）
　　
　　固体氧化物型燃料电池（SOFC）
　　
　　质子交换膜燃料电池（PEMFC）
　　
　　燃料
　　
　　煤气、天然气、甲醇等
　　
　　煤气、天然气、甲醇等
　　
　　煤气、天然气、甲醇等
　　
　　纯H2、天然气
　　
　　电解质
　　
　　磷酸水溶液
　　
　　KliCO3溶盐
　　
　　ZrO2-Y2O3(YSZ)
　　
　　离子(Na离子)
　　
　　电极
　　
　　阳极
　　
　　多孔质石墨(Pt催化剂)
　　
　　多孔质镍(不要Pt催化剂)
　　
　　Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)
　　
　　多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)
　　
　　阴极
　　
　　含Pt催化剂+多孔质石墨+Tefion
　　
　　多孔NiO（掺锂）
　　
　　LaXSr1-XMn(Co)O3

《关于燃料电池发电技术调研报告 (一 )(第4页)》