磷酸燃料電池工作反應原理
磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC)是以濃磷酸為電解質,以貴金屬催化的氣體擴散電極為正、負電極的中溫型燃料電池。可以在150~220℃工作。具有電解質穩定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO毒化等優點,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器,把燃料轉化成H2、CO和水蒸氣的混合物,CO和水進一步在移位反應器中經觸煤劑轉化成H2和CO2。經過如此處理后的燃料氣體進人入燃料堆的負極(燃料極),同時捋氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應,借助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。
陽極反應:H2+2e-→2H+
陰極反應:1/202+2H+→H2O+2e-
總反應:1/202+H2→H2O
電池本體(即單個電池)的輸出電壓在無負荷的狀態下,為1[V]程度。提高電流密度,通常設計以0.6-0.7[V/單個電池]為額定值。無負荷狀態與實際電壓的差作為熱能而放出。并且,電池本體的發電效率不決定于電池面積,所以,燃料電池本質上即使是下容量的,也是高效率的。實際使用上是按輸出的需要,把數十個以至數百個電池本體串聯而積成為電池組合體(stack)的。
磷酸燃料電池特點
①排氣清潔
燃料并不燃燒,就發電,所以幾乎完全沒有NOX,SOX。
②發電效率高
從來的內燃機發電裝置時燃燒燃料驅動渦輪等機械能使發電機轉換出電能的,能量損耗大。但是,燃料電池發電上是把燃料的化學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
不伴有旋轉機械的發電方式,所以是在低噪音、低振動下運轉。
磷酸燃料電池應用
PAFC作為一種中低溫型(工作溫度180-210℃)燃料電池,不但具有發電效率高、清潔、適應多樣燃料、無噪音、運轉費低、設置場所限制少、大氣壓運轉容易操作、安全性優良、部分負荷特性好等特點,而且還可以熱水形式回收大部分熱量。
PAFC用于發電廠包括兩種情形:分散型發電廠,容量在10-20MW之間,安裝在配電站;中心電站型發電廠,容量在100MW以上,可以作為中等規模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優點:即使在發電負荷比較低時,依然保持高的發電效率;由于采用模塊結構,現場安裝簡單,省時,并且電廠擴容容易。