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??梢栽?50~220℃工作。具有電解質穩(wěn)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(yōu)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(tài)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(tài)與實際電壓的差作為熱能而放出。并且,電池本體的發(fā)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(shù)十個以至數(shù)百個電池本體串聯(lián)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(fā)電,所以幾乎完全沒有NOX,SOX。
②發(fā)電效率高
從來的內燃機發(fā)電裝置時燃燒燃料驅動渦輪等機械能使發(fā)電機轉換出電能的,能量損耗大。但是,燃料電池發(fā)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(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)電廠包括兩種情形:分散型發(fā)電廠,容量在10-20MW之間,安裝在配電站;中心電站型發(fā)電廠,容量在100MW以上,可以作為中等規(guī)模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優(yōu)點:即使在發(fā)電負荷比較低時,依然保持高的發(fā)電效率;由于采用模塊結構,現(xiàn)場安裝簡單,省時,并且電廠擴容容易。