燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。下面是有关“燃料电池分类及其特点”的详细说明。

 

1.燃料电池分类

 

(1)按电解质分类:目前最常用的分类方法是按燃料电池所采用的电解质的类型分类。根据燃料电池中使用电解质种类的不同,通常可分为以下五类。

①质子交换膜燃料电池(PEMFC):通常以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质。

②碱性燃料电池(AFC):一般以碱性的氢氧化钾溶液为电解质。

③磷酸燃料电池(PAFC):以浓磷酸为电解质.

④熔融碳酸盐燃料电池(MCFC):以熔融的锂-钾或锂-钠碳酸盐为电解质。

⑤固体氧化物燃料电池(SOFC):以氧离子导体固体氧化物为电解质。

 

(2)按工作温度分类:根据工作温度的不同,燃料电池可分为以下四类。

①低温燃料电池:工作温度范围一般是25-100℃,如固体聚合物电解质燃料电池。

②中温燃料电池:工作温度范围一般是100-500℃,如磷酸型燃料电池。

③高温型燃料电池:工作温度范围一般是500-1000℃,这种类型的电池包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

④超高温型燃料电池:工作温度范围一般是高于1000℃。

 

(3)按燃料的来源分类:根据燃料电池使用燃料的来源不同,可分为以下三类。

①直接型燃料电池:是指燃料不经过转化步骤直接参加燃料电池的电极反应,比如氢氧燃料电池,燃料直接使用氢气。

②间接型燃料电池:是指燃料不直接参加电化学反应,而是要通过重整等方法将燃料转化后再供给燃料电池发电,比如将甲醇重整后富氢的混合气作为燃料电池的燃料,即其燃料不是直接使用氢气,而是通过某种方法把甲烷、甲醇或其他烃类化合物转变成氢或含富氢的混合气后再供给燃料电池。

③再生型燃料电池:是指将燃料电池反应生成的水经过某种方式(如热和光等)分解成氢和氧,再将氢和氧重新输送给燃料电池进行发电。

 

(4)按燃料状态分类:根据燃料电池的燃料状态不同,可分为以下两类。

①液体型燃料电池。

②气体型燃料电池。

 

此外,根据燃料电池使用燃料的种类,可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等;根据燃料电池运行机理的不同,可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

 

燃料电池分类及其特点

(图片来源于互联网)

 

2.燃料电池的特点

 

1、发电效率高

燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上,它的发电效率可达到85% ~90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%~ 60%。若实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。

 

2、环境污染小

燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。另外,由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫,而且按电化学原理发电,没有高温燃烧过程,因此几乎不排放氮和硫的氧化物,减轻了对大气的污染。

 

3、比能量高

液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。目前,燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%,但仍比一般电池的实际比能量高很多。 

 

4、噪音低

燃料电池结构简单,运动部件少,工作时噪声很低。即使在11MW级的燃料电池发电厂附近,所测得的噪音也低于55dB。

 

5、燃料范围广

对于燃料电池而言,只要含有氢原子的物质都可以作为燃料,例如天然气、石油、煤炭等化石产物,或是沼气、酒精、甲醇等,因此燃料电池非常符合能源多样化的需求,可减缓主流能源的耗竭。

 

燃料电池分类及其特点

(图片来源于互联网)