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裴普成教授详解燃料电池分类

发布时间: 2014-04-03
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3月4日下午,中关村储能产业技术联盟(CNESA)第12期储能产业公益沙龙在中国科学院工程热物理研究所举行。会上,主讲嘉宾清华大学汽车工程系裴普成教授就燃料电池技术及燃料电池应用问题与大家展开探讨,并为大家讲解了燃料电池的分类。

据裴普成教授介绍,燃料电池与蓄电池都是电化学装置,不同的是蓄电池的能量载体储存于电池内部,为二次使用需要对电池充电,而燃料电池的能量载体(即燃料)储存于外部,只要提供燃料,就能连续不断地发电。燃料电池的工作原理,是在电解质一侧供给燃料,另一侧供给空气(氧气),质子从电解质穿过,电子走外电路形成电流。其特征是,有燃料从外部供应,有氧气供应,通过电化学反应发电。全钒液流电池,反应物有流动供应特征,但不是与氧发生电化学反应,所以不属于燃料电池。

根据不同的分类方法,裴普成教授也做出了详细的讲解。

以电解质命名的燃料电池,有质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和磷酸掺杂质子交换膜燃料电池(PBI-PEMFC)等。其中PBI-PEMFC是在质子交换膜基础上通过磷酸改性的燃料电池,能够把燃料电池的温度升上去,并降低对铂催化剂的需求。一方面降低了燃料电池成本,另一方面也大大提高了电池对一氧化碳的耐受力。

以燃料命名的燃料电池,有直接甲醇燃料电池(DMFC)和使用金属作燃料的金属空气燃料电池(MAFC)。其中,直接甲醇燃料电池本质也是质子交换膜燃料电池。目前国际上比较热门的金属空气燃料电池有锂空燃料电池和锌空燃料电池,一般多用碱性电解质,属于碱性燃料电池。

讲解完燃料电池分类后,针对不同电池的特点和在使用中的优劣势,裴普成教授也分别做了详细讲解。

磷酸燃料电池的工作温度一般为200度,PBI型的质子交换膜燃料电池及所谓高温质子交换膜燃料电池,工作温度一般在120到200度。这两种燃料电池有很多相似之处,对CO耐受力强,但使用不当有析出磷酸的可能。

熔融碳酸盐燃料电池的工作温度高,这意味着它不能像一般的质子交换膜燃料电池一样装在车上,只能作为固定电源。但同时,做固定电源不受空间限制,可以把电池功率做得比较大。

固体氧化物燃料电池工作温度也非常高,600至800度,随着近几年技术的发展,目前可以降到大约400度。

熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池,因为工作温度都比较高,如果用在车上的话汽车的启动会很麻烦,需要时间长,启停循环寿命短,因此更多地用于固定电源场合。

直接甲醇燃料电池可以用于手机、电脑上,特别适合军用。

虽然碱性燃料电池早就已经发明,工作温度最高80度,上世纪六十年代美国UTC公司曾为阿波罗登月计划提供这种燃料电池,但是汽车行业对这种电池并不感兴趣,一方面是因为功率密度低,另一方面是这种电池怕二氧化碳,因此在车上使用不方便。质子交换膜燃料电池的出现解决了这些问题。与其他电池相比,质子交换膜燃料电池的功率密度有明显优势,同时,工作温度低、容易启动的优点也令汽车行业对它更感兴趣。

总体来看,燃料电池对市场比较有吸引力的,一个是质子交换膜燃料电池,一个是金属空气燃料电池。金属空气燃料电池成本低。

文章来源: 中国网
责任编辑: 康开心
 
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