燃料電池材料研究進(jìn)展-文庫吧資料
2025-05-19 10:55本頁面
【正文】 在不足之處： 該陶瓷較脆，極易由于組裝及不同工作階段引起固體氧化物燃料電池的裂紋而發(fā)生破碎，進(jìn)而會引起 燃料和氧化劑的交叉滲漏，降低電池的性能和效率。 1. 電解質(zhì)材料 釔穩(wěn)定的二氧化鋯 (YSZ)是目前 SOFC系統(tǒng)主要使用的電解質(zhì)材料， Y203穩(wěn)定 ZrO2的關(guān)系式可用下式表示： 在此過程中， Y替代 Zr4+晶格位置，同時產(chǎn)生氧空位，氧離子通過這些氧空位實現(xiàn)其離子導(dǎo)電。 從實用性來說， SOFC 單元結(jié)構(gòu)的組件形式主要采用管狀設(shè)計和平板狀設(shè)計。 SOFC是全陶瓷結(jié)構(gòu)，包括 : 固體電解質(zhì)材料 陰極材料 陽極材料 連接材料 SOFC 的結(jié)構(gòu) 固體氧化物燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是 SOFC 的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求結(jié)構(gòu)緊湊，且緊密性相當(dāng)高，電池組必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，成本和使用價格要求適中。 （ 5）陽、陰極的極化可忽略，極化損失集中在電解質(zhì)阻力降。 （ 3）如果以純氫為燃料可以防止 CO2 的排放，若使用化石燃料可以降低 50﹪ 的排放量，污染物和溫室氣體的排放量顯著減少， 可以減少酸雨與霧的形成和廢氣的排放量。 在陰極 (空氣電極 )上 ,氧分子得到電子被還原成氧離子 : O2 + 4e ? 2O2 (1) 氧離子在電場作用下 ,通過電解質(zhì)中的氧空位遷移到陽極(燃料電極 )上與燃料 (H CO 或 CH4) 進(jìn)行氧化反應(yīng) : 2O2 + 2H2 ? 2H2O + 4e (2) 4O2 + CH4 ? 2H2O + CO2 + 8e (3) O2 + CO ? CO2 + 2e (4) 電池總的反應(yīng)方程式為 : 2H2 + O2 ? 2H2O (5) CH4 + 2O2 ? 2H2O + CO2 (6) 2CO + O2 ? 2CO2 (7) 固體氧化物燃料電池的特點 SOFC 是在高溫下運(yùn)行的，具有以下特點 : （ 1） 燃料轉(zhuǎn)換率高，附產(chǎn)有工業(yè)價值的高溫廢氣，可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，不考慮余熱回收可達(dá) 60﹪ 以上，若考慮余熱的回收利用，整個系統(tǒng)的效率可高達(dá) 80﹪ 以上。特別是從 20世紀(jì) 80年代以來，材料科學(xué)的迅速發(fā)展使其研究開發(fā)工作更加令人矚目。 在 PEMFC 中 , 雙極板占據(jù)了電池組大半的體積與重量，雙極板不僅是將單個 PEMFC 串聯(lián)起來組裝成電池堆的關(guān)鍵部件， 而且還擔(dān)負(fù)將燃料反應(yīng)氣導(dǎo)入燃料電池并傳導(dǎo)電流的功能，因此雙極板質(zhì)量將直接決定燃料電池堆輸出功率的大小和使用壽命的長短。目前美國杜邦公司是世界上最主要和水平最高的質(zhì)子交換膜制造商。主要有以下幾方面： 質(zhì)子交換膜是 PEMFC 的核心部件，研究具有高性能、高選擇性的質(zhì)子交換膜一直是 PEMFC 重要的一項技術(shù)。世界各國已開發(fā)出的商業(yè)化應(yīng)用的質(zhì)子交換膜燃料電池都存在著成本高的問題，PEMFC 的國外商業(yè)價格約為 1 500 美元 / kW，國內(nèi)的價格約為 10 000 元 / kW。 當(dāng)采用水冷進(jìn)行散熱時，逆向 (相對于反應(yīng)氣體流動方向 )熱交換的效果明顯好于正向熱交換和自然對流熱交換的效果。 目前比較普遍的冷卻方法有兩種：空冷和水冷。 為此，一方面，進(jìn)入電池內(nèi)部的反應(yīng)氣體一般都要進(jìn)行預(yù)熱，該過程往往與加濕過程同步進(jìn)行。 目前普遍采用的方法主要有三種： 電池結(jié)構(gòu)內(nèi)部優(yōu)化法；排水法；反應(yīng)氣體加濕法。 PEMFC的模擬及其試驗分析表明，隨著電流密度的提高，電池內(nèi)阻明顯增大，導(dǎo)致電池工作電壓急劇下降，其原因并不是因為膜的阻抗隨電流密度增大而增大，主要是由于電池內(nèi)失去水平衡，沒有滿足膜的潤濕條件。由于涂上的催化層很薄，并且 Nafion溶液使整個催化劑成為三相反應(yīng)區(qū)，提高了催化劑的利用率。目前已采用的方法有：無載體純鉑黑法、加載體鉑碳法、浸漬法、沉積法和糊膏法等。 催化層則是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所，是電極的核心部分。 24 PEMFC的電極 PEMFC電極是一種多孔氣體擴(kuò)散電極，一般由擴(kuò)散層和催化層組成。 目前，非鉑系電催化劑研究多集中在氧還原陽極電催化劑。 如 H. Maria等人采用恒電位電聚合反應(yīng)制備的納米級多吡咯 /Pt復(fù)合電極材料，該復(fù)合電極材料對氧還原、氫或甲醇氧化反應(yīng)均有一定活性，是潛在的燃料電池電極材料。 鉑系電催化劑研究的另一方面是以 Pt為基礎(chǔ)摻人其它金屬或金屬氧化物，制成各種類型的合金催化劑。 23 PEMFC的電催化劑 鉑系電催化劑研究的一方面是提高 Pt的利用率。主要有鉑系和非鉑系電催化劑兩類，目前多采用鉑催化劑。 如加拿大 Ballard公司用取代的三氟苯乙烯與三氟苯乙烯共聚制得共聚物，再經(jīng)磺化得到 BAM3G膜，該膜具有較高的工作效率，成本也較 Nafion膜和 Dow膜低。 盡管全氟質(zhì)子交換膜性能很好，使用壽命較長，但由于其復(fù)雜的制備工藝和高成本，已限制了它的廣泛應(yīng)用。 全氟離子交換膜中各離子簇間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是膜內(nèi)離子和水分子遷移的唯一通道。 采用過酚醛樹脂磺酸型膜、聚苯乙烯磺酸型膜和全氟磺酸型膜等幾種膜，研究表明全氟磺酸型膜是目前最實用的 PEMFC電解質(zhì)。 PEMPC的優(yōu)點： PEM是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心組成，它不只是一種隔膜材料，也是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì) (電催化劑 )的基底，另外， PEM
試題試卷相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1