磷酸燃料電池工作反應(yīng)原理
磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC)是以濃磷酸為電解質(zhì),以貴金屬催化的氣體擴(kuò)散電極為正、負(fù)電極的中溫型燃料電池??梢栽?50~220℃工作。具有電解質(zhì)穩(wěn)定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO毒化等優(yōu)點(diǎn),是一種接近商品化的民用燃料電池。
燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后送到改質(zhì)器,把燃料轉(zhuǎn)化成H2、CO和水蒸氣的混合物,CO和水進(jìn)一步在移位反應(yīng)器中經(jīng)觸煤劑轉(zhuǎn)化成H2和CO2。經(jīng)過如此處理后的燃料氣體進(jìn)人入燃料堆的負(fù)極(燃料極),同時(shí)捋氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),借助觸媒劑的作用迅速產(chǎn)生電能和熱能。
陽極反應(yīng):H2+2e-→2H+
陰極反應(yīng):1/202+2H+→H2O+2e-
總反應(yīng):1/202+H2→H2O
電池本體(即單個(gè)電池)的輸出電壓在無負(fù)荷的狀態(tài)下,為1[V]程度。提高電流密度,通常設(shè)計(jì)以0.6-0.7[V/單個(gè)電池]為額定值。無負(fù)荷狀態(tài)與實(shí)際電壓的差作為熱能而放出。并且,電池本體的發(fā)電效率不決定于電池面積,所以,燃料電池本質(zhì)上即使是下容量的,也是高效率的。實(shí)際使用上是按輸出的需要,把數(shù)十個(gè)以至數(shù)百個(gè)電池本體串聯(lián)而積成為電池組合體(stack)的。
磷酸燃料電池特點(diǎn)
①排氣清潔
燃料并不燃燒,就發(fā)電,所以幾乎完全沒有NOX,SOX。
②發(fā)電效率高
從來的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置時(shí)燃燒燃料驅(qū)動(dòng)渦輪等機(jī)械能使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換出電能的,能量損耗大。但是,燃料電池發(fā)電上是把燃料的化學(xué)能直接變換成電能的,所以能量變換損失少。
③低噪音,低振動(dòng)
不伴有旋轉(zhuǎn)機(jī)械的發(fā)電方式,所以是在低噪音、低振動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)。
磷酸燃料電池應(yīng)用
PAFC作為一種中低溫型(工作溫度180-210℃)燃料電池,不但具有發(fā)電效率高、清潔、適應(yīng)多樣燃料、無噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低、設(shè)置場(chǎng)所限制少、大氣壓運(yùn)轉(zhuǎn)容易操作、安全性優(yōu)良、部分負(fù)荷特性好等特點(diǎn),而且還可以熱水形式回收大部分熱量。
PAFC用于發(fā)電廠包括兩種情形:分散型發(fā)電廠,容量在10-20MW之間,安裝在配電站;中心電站型發(fā)電廠,容量在100MW以上,可以作為中等規(guī)模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優(yōu)點(diǎn):即使在發(fā)電負(fù)荷比較低時(shí),依然保持高的發(fā)電效率;由于采用模塊結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單,省時(shí),并且電廠擴(kuò)容容易。
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