燃料电池（chí）概述简介：

燃料电池一般由燃料极（jí）(或称氢极)、空气极(或称氧极)以及夹在（zài）这两极之间（jiān）的电（diàn）解（jiě）质构成。工作时，由外部供给电（diàn）池的氢在燃料（liào）极（jí）放出电子成为氢离子，氢离子通过电解质后移向空气极（jí），而电子则通过外电路（lù）亦到达（dá）空气极。

在（zài）空气极，由（yóu）外（wài）部供（gòng）给（gěi）电池的氧，与（yǔ）氢离（lí）子（zǐ）及（jí）电子（zǐ）进行反应生成水。电能由（yóu）外电路（lù）输出。 燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然（rán）都是（shì）将化学能转（zhuǎn）换成电能的装置，但它们的最大不同点（diǎn）在于，封（fēng）存在干（gàn）电池中（zhōng）参（cān）予（yǔ）化学（xué）反应的物质终将耗尽，反应停（tíng）止，也就不（bú）能（néng）输（shū）出电能了；而对于（yú）燃（rán）料电池，只（zhī）要外（wài）界不断地供给它燃（rán）料（liào）气（qì）体（tǐ）和氧化（huà）剂，化学反应就（jiù）能不间断地进行，它就能不（bú）停（tíng）地输出电能。

现（xiàn）在研制的燃（rán）料电池有四种基本（běn）类（lèi）型，即磷（lín）酸型、溶融碳（tàn）酸盐型、固体电解质型（xíng）及碱型燃料电池。它们是根据（jù）电池（chí）中所用燃料、氧化剂、电解（jiě）质的不同以（yǐ）及工（gōng）作温度和构成方式的差别而划分的。磷酸型燃料电池是用（yòng）氢的纯度极（jí）高的天然气（qì）或甲醇作燃料，工（gōng）作温度为200℃，反应过程用（yòng）铂作催化剂，发电效率达40%。溶融碳酸（suān）盐型燃料电池，使用（yòng）的天燃气燃料中既含（hán）氢也含一氧化碳，还能用（yòng）含氢纯度低的煤气作燃（rán）料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃（yuè），不用铂等昂贵的催化（huà）剂，发电（diàn）效率可达50%。

发电过程可利用（yòng）所排热能，与汽轮机结（jié）合。复（fù）合发（fā）电，这可使发电效率（lǜ）提（tí）高到（dào）55%左右；固体电解质型（xíng）燃料电（diàn）池中所（suǒ）用（yòng）的电解质是陶瓷化合物，工作温度可高达800～1000℃，发电效率（lǜ）可达到50%以上（shàng）；碱（jiǎn）性（xìng）燃料电池是以液氢为燃料，以液氧为氧（yǎng）化剂（jì），成（chéng）本极高。美（měi）国只在“阿波罗”登月飞船（chuán）和“挑（tiāo）战者”号航天飞机上（shàng）使用了这种燃（rán）料电池。这（zhè）种燃料电池不仅作为飞（fēi）船（chuán）和（hé）航天飞机的（de）电（diàn）源系（xì）统，而且也为宇航员（yuán）提供了不（bú）可缺少的生活（huó）用水及生命保障（zhàng）系统中所需的冷却用水，这一特（tè）点是其（qí）他电源（yuán）所望尘莫及的。

燃料电池主要设备：

1、利用（yòng）煤炭的发电系（xì）统（tǒng）

以MCFC为例进行（háng）介绍（shào）。煤炭（tàn）需经煤气化装置生成作为MCFC可用燃料的（de）CO及H2，并（bìng）在进入MCFC前（qián）除去其（qí）中（zhōng）含有（yǒu）的杂质(微（wēi）量的杂质就会构成对MCFC的恶劣影响（xiǎng）)，这种供给MCFC精制煤（méi）气，其压力通（tōng）常高（gāo）于MCFC的（de）工作压力，在进入MCFC供气前先经膨胀（zhàng）式涡轮机回收其动力（lì）。涡轮（lún）机出口气（qì）体，经与部分来（lái）自燃料极(阳极)排出的高（gāo）温气体(约700℃)相混合，调整（zhěng）为对电池（chí）的（de）适宜温度(约600℃)。该（gāi）阳极气体的再（zài）循环（huán）是，将（jiāng）排（pái）出的燃（rán）料气体中所（suǒ）含（hán）的未反（fǎn）应的燃（rán）料成分返回入口加以再利用，借（jiè）以（yǐ）达到（dào）提高燃（rán）料的（de）利用率。向（xiàng）空气（qì）极侧供给O2和CO2是通过空气压（yā）缩机输出的空气和（hé）排出燃料气体相混合来完成的。但是，碳酸气是（shì）采用（yòng）触媒燃烧器将未燃的H2及（jí）CO变换成H2O和CO2后（hòu）供给（gěi）的。

排热回收系统(末级循环)，是由利用空气极侧排气的膨（péng）胀式涡轮机和利用蒸汽的（de）汽轮（lún）机发电来构成。膨胀式涡轮机（jī）与压（yā）缩机的相（xiàng）组合，其（qí）剩（shèng）余动力用于发电（diàn）。蒸汽（qì）是（shì）由（yóu）来自其（qí）下流的热回收和煤气化装置以及（jí）阴极气体再循环回路中的（de）蒸汽发生器之间的组合产生，形成汽水循环（huán）。这种机组的发电（diàn）效率，因煤气化方式和煤气精制方式（shì）等的不同而有若干差异（yì）。利用煤系统SOFC其（qí）构成是复杂的。但若用管道气就（jiù）简单（dān）多（duō）了（le），主要的是采用煤炭（tàn）气（qì）化（huà）系统造成的，其（qí）效（xiào）率（lǜ）为45~55%。

2、利（lì）用天然气的发电系统

MCFC需要供给的燃料气体是H2，它可由天然气中的CH4改质生成（chéng）。空气极侧需要的（de）O2通过空气压（yā）缩机供给。另一个（gè）反应因（yīn）素CO2，空气极侧反应等（děng）量地再（zài）利用（yòng）发（fā）电时（shí）燃（rán）料极产（chǎn）生的CO2。除了有CO2外，燃料（liào）极排（pái）出气体还含有未反（fǎn）应的可燃成（chéng）份，一起输送到改质器的燃（rán）烧器（qì）侧，天然气改质所必需的（de）热量就由该燃烧热（rè）供给。这种情况下，排出的燃料气体会含有过多的H2O，将影响发热量，为此通（tōng）常是先（xiān）将排出（chū）燃（rán）料（liào）气体冷却，将（jiāng）水份滤去后再（zài）输送到（dào）改质器（qì）的燃（rán）烧侧。从（cóng）改质器燃烧侧出来（lái）的气体（tǐ）与来自（zì）压缩机的空气相混合后（hòu）供（gòng）给空气极侧。

在使（shǐ）用PAFC的（de）情况下（xià），若以煤炭为燃料发电时就不（bú）容（róng）易了，采用（yòng）天然气时，其（qí）构成类（lèi）似于MCFC机组，基本（běn）上是（shì）由电（diàn）池本体发电。原因是PAFC排出气体（tǐ）温度较低（dī），与其进行附加发电（diàn）不如作为（wéi）热电联产电源。SOFC能和较高温度的（de）排气体（tǐ）构成附加发电（diàn）系（xì）统（tǒng），由于SOFC不需要CO2的再循环等，结构简单，其（qí）发电效率可以达（dá）到50-60%。