覃蘭艷

燃料電池是一種新型的無污染、無噪音、高效率、大功率的汽車動力以及發(fā)電設(shè)備.燃料電池作為一種環(huán)保節(jié)能新能源，深受人們的重視.下面主要探究新型燃料電池的優(yōu)點以及燃料電池的主要工作原理與類型.

一、燃料電池的優(yōu)點

在實踐中發(fā)現(xiàn)，燃料電池具有一定的優(yōu)點：第一，燃料電池在工作過程中不受熱機效率的限制，其能量轉(zhuǎn)換效率相對較高.在理論上來說，其發(fā)電效率可以達到百分之百.如果將氫氣作為主要燃料，熔融碳酸鹽燃料電池在應(yīng)用中的實際效率高達58.4%.利用熱電聯(lián)產(chǎn)以及聯(lián)合循環(huán)綜合等形式對電能進行使用，燃料電池的整體熱效率可以高達80%以上.燃料電池發(fā)電效率與使用規(guī)模并沒有太大的關(guān)系，一些小型設(shè)備也可以達到一定的高效率.第二，無污染，噪音低，是一種綠色新能源.第三，在熱備用狀態(tài)之下，其負荷變化能力相對較強，在每秒鐘可以基于50%的負荷展開相應(yīng)的變化.第四，燃料電池的存儲能力與自身體積的大小沒有關(guān)系.第五，具有高度的靈活性.在操作中可以根據(jù)具體的需求進行定制，可以組裝成不同模式的發(fā)電裝置，在各種場合均可以應(yīng)用.第六，燃料使用范圍較為廣闊.基于燃料重整器以及相關(guān)燃料電池、電堆組成的燃料電池電站可以通過各種氣態(tài)化石燃料如，天然氣，LPG等，液態(tài)化石燃料如，柴油，甲醇等燃料提供供給.

二、燃料電池的主要類型以及相關(guān)工作原理

燃料電池在應(yīng)用過程中，主要利用各種燃料以及氧化劑電化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生各種電能以及副熱能.其中FC主要是通過燃料電極的負極以及氧化劑電極的正極與電解質(zhì)共同構(gòu)成的.其中電解質(zhì)的作用就是對兩個電極進行隔離，燃料以及氧化劑在燃料電極以及氧化劑的電極中進入到電池內(nèi)部；在燃料電池工作時，其中燃料的負極處會發(fā)生一定的氧化反應(yīng)，而氧化劑在正極的接觸處會發(fā)生一定的還原反應(yīng).也就是說，在外電路會產(chǎn)生一定的電位差，引起電子的外電路流動的產(chǎn)生，進而造成一定的低壓直流電.在電池內(nèi)部的電荷載體通過電解質(zhì)完成相關(guān)工作，進而產(chǎn)生一定的水和二氧化碳.如果持續(xù)保持燃料供給，電池就會保持持續(xù)發(fā)電.現(xiàn)階段主要應(yīng)用的燃料電池類型主要分為酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池以及質(zhì)子交換膜燃料電池四種形式.

1.磷酸類別的燃料電池（PAFC）.這是一種相對完善的民用技術(shù)電池.主要是通過H2以及鈷含量小于0.1%的組成作為主要燃料，其中空氣作為氧化劑，電解質(zhì)主要是通過磷酸溶液以及電解質(zhì)機體構(gòu)成的；其中電極是通過催化劑（鉑系金屬）與碳黑載體共同組成的.PAFC在工作過程中的溫度在200℃左右，其發(fā)電效率約為40%左右.此種燃料電池的余熱利用價值相對較低，且啟動時間相對較長，無法作為移動電力電源.

2.熔融碳酸鹽類別的燃料電池（MCFC）.這是一種高溫燃料電池，實際的工作溫度為600～700℃.通過一些多孔金屬陽極、多孔氧化物的陰極、電解質(zhì)板以及導(dǎo)電雙極板等共同組成.主要燃料為H2、煤氣或天然氣，其氧化劑為氧氣或者空氣以及CO2的混合氣體；其中電解質(zhì)是熔融碳酸鹽（Li2CO3-K2CO3），在電極反應(yīng)中的相關(guān)載荷子為CO-32.因為MCFC的工作溫度相對較高，其余熱有一定的利用空間.同時，因為其可以用于容量相對較大的中心電站，也可以進行火力發(fā)電并行以及取代火力發(fā)電的發(fā)展可能.

3.固體氧化物類別的燃料電池（SOFC）.固體氧化物類別的燃料電池主要基于氧化釔為穩(wěn)定化的氧化鋯為電解質(zhì).其中鍶摻雜的錳酸鑭作為其氧化劑電極，鎳電解質(zhì)作為陽極的一種全固態(tài)陶瓷結(jié)構(gòu).SOFC是一種高溫電池，實際工作溫度在1000℃左右，其轉(zhuǎn)化效率基于50%～60%之間.

4.質(zhì)子交換膜類別的燃料電池（PEMFC）.被稱為第五代新型燃料電池，相對于其他類別的燃料電池來說，其工作溫度相對較低，其啟動速度與比能、使用壽命與應(yīng)用等都具有一定的優(yōu)勢，發(fā)展相對較為迅速.質(zhì)子交換膜型燃料電池基于全氟磺酸型固體聚合物作為電解質(zhì)，其中將 Pt/C或者Pt- Ru/C作為一種電催化劑，H2以及相關(guān)凈化重整氣作為主要燃料，將空氣或者純氧作為氧化劑.基于質(zhì)子交換膜燃料為主的電池作為主要動力的電動車已經(jīng)取得一定的研究成果，其性能可以與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機相比，但是售價相對較高.這種燃料電池電動車是美國政府以及相關(guān)大汽車公司未來發(fā)展的重點.

總之，基于現(xiàn)階段能源組成的實際問題著手，要緩解我國依賴煤炭以及石油等能源，就要提高對新型燃料電池的重視.我們要利用燃料電池的優(yōu)勢，深入探究其功能與原理，為構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境奠定基礎(chǔ).endprint