20、燃料电池技术全面解析

燃料电池技术全面解析

1. 燃料电池类型及反应

燃料电池有多种类型，其中熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）较为特殊。MCFC能使用多种碳氢化合物，但高温运行使其材料易受腐蚀，电池寿命成为其发展的一大障碍。

SOFC与MCFC类似，但运行温度更高，可使用更多种类的碳氢化合物作为燃料，功率范围从亚兆瓦到100兆瓦的SOFC已实现商业化。其常见应用于发电厂，并可与燃气轮机结合使用。由于高温运行，阳极通常使用Co - ZrO₂或Ni - ZrO₂金属陶瓷，阴极使用Sr掺杂的LaMnO₃。

SOFC运行温度在600 - 1000°C，是所有燃料电池中运行温度最高的。其产生的热量在工业中有众多用途，与热电联产（CHP）结合使用时，效率可从低于40%提高到近75%，与燃气轮机结合的SOFC发电功率可达100兆瓦。近年来，SOFC技术发展使其可在600 - 800°C范围内工作，也适用于亚兆瓦级应用。

单个SOFC以H₂为燃料时，其反应如下：
- 阳极反应：2H₂ + 2O²⁻ → 2H₂O + 4e⁻
- 阴极反应：O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻
- 总反应：2H₂ + O₂ → H₂O

当使用一氧化碳或甲烷作为燃料时，阳极反应分别为：
- 一氧化碳作燃料：CO + O²⁻ → CO₂ + 2e⁻
- 甲烷作燃料：CH₄ + 4O²⁻ → 2H₂O + CO₂ + 8e⁻

2. 燃料电池的优缺点

2.1 优点

• 环保 ：燃料电池环境污染近乎为零，输出除电能外，大