燃料电池（chí）概述简介：

燃料电池（chí）一般由燃料极(或称氢极)、空气极(或（huò）称氧极)以及夹在（zài）这两极之（zhī）间的（de）电解质（zhì）构成。工作时，由外（wài）部供（gòng）给电（diàn）池的氢在燃（rán）料极放（fàng）出电（diàn）子成为氢离子，氢离子通过（guò）电解质后移向空气（qì）极（jí），而电子则通（tōng）过（guò）外电路亦到达空气极。

在空气极，由外部供给电池（chí）的氧（yǎng），与氢离子（zǐ）及电子（zǐ）进（jìn）行反应生成（chéng）水。电能由外电路（lù）输出。 燃（rán）料电池与我们所（suǒ）熟悉的（de）干电池虽然都是将化学能（néng）转换成电能的装（zhuāng）置，但它（tā）们的最（zuì）大不同点在（zài）于，封存在干电池中（zhōng）参（cān）予（yǔ）化学反应的物质终（zhōng）将耗尽，反应停止，也就（jiù）不能输（shū）出电能了（le）；而对于（yú）燃料电池，只要外界不断地供给它燃料气体和（hé）氧（yǎng）化（huà）剂，化学（xué）反应就能不间断（duàn）地进行（háng），它就能不停地输出电能（néng）。

现在研制的（de）燃（rán）料电池有四种基本类型，即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电（diàn）解质型及碱型燃料电池。它们是根据电池中所（suǒ）用燃料、氧化剂（jì）、电解质（zhì）的不同以及工作温度和构成方（fāng）式的（de）差别而划分的。磷酸型燃料电池是用（yòng）氢的纯度（dù）极高的天然气（qì）或甲醇作燃料，工作温（wēn）度为200℃，反（fǎn）应过程用铂作催化剂，发电效（xiào）率达40%。溶融碳酸盐型燃（rán）料（liào）电池，使用的（de）天燃气燃料中既含（hán）氢（qīng）也含一氧化碳，还能用含（hán）氢纯度（dù）低的（de）煤（méi）气作燃料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃，不用（yòng）铂等（děng）昂（áng）贵的催化剂，发电效率可达50%。

发电过程可利用（yòng）所排热能，与汽（qì）轮机（jī）结合（hé）。复合（hé）发电，这可使发（fā）电效率提高到55%左右；固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物，工作温度可（kě）高达800～1000℃，发电效率可达（dá）到50%以（yǐ）上（shàng）；碱性燃料电池是以液氢为燃（rán）料，以液（yè）氧为氧化（huà）剂，成本极高。美（měi）国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战（zhàn）者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。这种燃料电池（chí）不仅作为飞船（chuán）和航天飞机的电源系统（tǒng），而且（qiě）也为宇航员提供了不可缺少的生活（huó）用水及生（shēng）命保障系统中所（suǒ）需的冷却用（yòng）水，这（zhè）一（yī）特点是其他电（diàn）源所望尘（chén）莫及的。

燃料电池主要设备：

1、利用煤炭（tàn）的发电系统

以MCFC为例进行介绍。煤炭需经煤（méi）气化（huà）装置生成作为MCFC可用（yòng）燃料的CO及H2，并在进入MCFC前除（chú）去（qù）其中含有的杂（zá）质(微量（liàng）的（de）杂（zá）质就会（huì）构成对（duì）MCFC的恶劣影（yǐng）响)，这种供给（gěi）MCFC精制煤气，其压（yā）力通常高（gāo）于MCFC的工作（zuò）压力，在进入MCFC供气（qì）前（qián）先经膨胀（zhàng）式涡轮机回（huí）收其动力。涡轮机出口（kǒu）气体，经（jīng）与部分来（lái）自燃料极(阳极)排（pái）出的（de）高温气（qì）体(约700℃)相混合，调（diào）整为对电池（chí）的适宜温度(约600℃)。该阳极气体的再循环（huán）是，将排出的燃料气体（tǐ）中所含的未反应的燃料成分返（fǎn）回入口加以再利用，借以达（dá）到（dào）提高燃料（liào）的利用率。向空气极侧供给O2和CO2是通过空气压缩机输出的空气和排（pái）出燃料气（qì）体相混合来（lái）完成的。但是，碳酸气是（shì）采用（yòng）触媒燃烧器将未（wèi）燃的H2及（jí）CO变换（huàn）成（chéng）H2O和CO2后供（gòng）给的（de）。

排热回收系统(末级循环)，是由利（lì）用空气极侧排气的（de）膨（péng）胀式（shì）涡轮机和（hé）利用蒸汽的汽轮机发电来构成。膨胀式涡轮机与压缩机的相组合，其剩余动力用（yòng）于（yú）发（fā）电（diàn）。蒸汽是由（yóu）来自其下流的热回收和（hé）煤气化装置以及阴（yīn）极气体再循环回路中的蒸（zhēng）汽发（fā）生器之间的组（zǔ）合产生，形成汽水循环。这种机组的发电效率，因煤气化方式和煤气精制方式等的不同而有若干差异。利用煤系统SOFC其（qí）构成是复杂的。但若用（yòng）管道气就（jiù）简单多了，主（zhǔ）要的是采用煤（méi）炭气（qì）化系统造成的，其（qí）效率为45~55%。

2、利用天然气的发电系统（tǒng）

MCFC需要供给（gěi）的燃料气体（tǐ）是H2，它可由天然气中的CH4改质（zhì）生（shēng）成。空（kōng）气极侧需要的O2通过空气压缩机供（gòng）给。另一个反应（yīng）因（yīn）素CO2，空气极（jí）侧反应等量地再（zài）利用发电时燃料（liào）极产（chǎn）生（shēng）的CO2。除了有CO2外，燃料极排（pái）出气体还含有未反（fǎn）应的（de）可燃成份，一（yī）起（qǐ）输（shū）送到（dào）改质器的燃烧器侧，天然（rán）气改质所必需的热量就由该燃（rán）烧（shāo）热供给。这（zhè）种情况下（xià），排（pái）出的燃料气体会含有过多的H2O，将影响发（fā）热量，为此通常是先将排（pái）出燃料气（qì）体（tǐ）冷却，将水（shuǐ）份滤去后再输送到改质器的燃（rán）烧侧。从改质器燃烧侧出来的（de）气体与来自压缩机的（de）空气相混合后供给空气极（jí）侧。

在使用PAFC的情况下，若以煤炭为燃料发电时就不容易了，采用天然气时，其构成（chéng）类似于MCFC机组（zǔ），基本（běn）上（shàng）是由电（diàn）池本体发电（diàn）。原因是PAFC排（pái）出气体（tǐ）温度较低，与其进行附加（jiā）发（fā）电不如作为热电联产（chǎn）电源。SOFC能和较高温度的排气体构成（chéng）附加（jiā）发（fā）电（diàn）系统（tǒng），由于SOFC不需要CO2的再循环等，结（jié）构（gòu）简单，其发电效率（lǜ）可（kě）以达到（dào）50-60%。