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下一代储能电池:六种燃料电池介绍

导读: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用水基的酸性聚合物膜作为其电解质,具有铂基电极。PEMFC电池在相对低的温度(低于100摄氏度)下操作并且可以定制电输出以满足动态功率需求。由于相对低的温度和使用基于贵金属的电极,这些电池必须在纯氢气下操作。

SOFC

下一代储能电池:六种燃料电池介绍

固体氧化物燃料电池在非常高的温度下工作,所有燃料电池类型中的最高温度在大约800℃至1000℃。在将燃料转化为电能时,它们的效率可以超过60%;如果他们产生的热也被利用;它们将燃料转化为能量的总效率可以超过80%。

SOFC使用固体陶瓷电解质,例如用氧化钇稳定的氧化锆,而不是液体或膜。它们的高工作温度意味着燃料可以在燃料电池本身内重整,消除了对外部重整的需要,并允许单元与各种烃燃料一起使用。与其它类型的燃料电池相比,它们还相对耐燃料中的少量硫,因此可以与煤气一起使用。

高操作温度的另一个优点是改善了反应动力学,消除了对金属催化剂的需要。然而,高温存在一些缺点:这些电池需要更长的启动和达到操作温度,它们必须由坚固的耐热材料构造,并且它们必须被屏蔽以防止热损失。

SOFC有三种不同的SOFC几何形状:平面,共面和微管。在平面设计中,部件被组装成平坦堆叠,其中空气和氢传统上通过内置于阳极和阴极中的通道流过单元。在管状设计中,空气被供应到延长的固体氧化物管(其在一端密封)的内部,同时燃料围绕管的外部流动。管本身形成阴极,并且电池部件围绕管构造成层。

SOFC广泛地用于大型和小型固定发电:平面型发电应用于例如BloomEnergy的100千瓦离网发电机和具有几千瓦输出的SOFC,正在测试用于较小的热电联产应用,例如家用组合热和功率(CHP)。输出功率范围内的微管状SOFC也正在为小型便携式充电器开发。

AFC

下一代储能电池:六种燃料电池介绍

碱性燃料电池(AFC)是将要开发的第一种燃料电池技术之一,并且最初由NASA用于空间计划中以在航天器上产生电和水。在整个计划期间,美国国家航空航天局继续使用美国宇航局航天飞机,同时还有少量商业应用。

AFCs在水中使用碱性电解质如氢氧化钾,并且通常用纯氢燃料。第一AFC在100℃和250℃之间操作,但是典型的操作温度现在约70℃。作为低操作温度的结果,不需要在系统中使用铂催化剂,而是可以使用各种非贵金属作为催化剂以加速在阳极和阴极处发生的反应。镍是AFC单元中最常用的催化剂。

由于化学反应发生的速率,这些电池提供相对高的燃料对电转化效率,在一些应用中高达60%。

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