新型燃料电池的认识与研究

燃料电池是一种新型的无污染、无噪音、高效率、大功率的汽车动力以及发电设备.燃料电池作为一种环保节能新能源，深受人们的重视.下面主要探究新型燃料电池的优点以及燃料电池的主要工作原理与类型.

一、燃料电池的优点

在实践中发现，燃料电池具有一定的优点：第一，燃料電池在工作过程中不受热机效率的限制，其能量转换效率相对较高.在理论上来说，其发电效率可以达到百分之百.如果将氢气作为主要燃料，熔融碳酸盐燃料电池在应用中的实际效率高达58.4%.利用热电联产以及联合循环综合等形式对电能进行使用，燃料电池的整体热效率可以高达80%以上.燃料电池发电效率与使用规模并没有太大的关系，一些小型设备也可以达到一定的高效率.第二，无污染，噪音低，是一种绿色新能源.第三，在热备用状态之下，其负荷变化能力相对较强，在每秒钟可以基于50%的负荷展开相应的变化.第四，燃料电池的存储能力与自身体积的大小没有关系.第五，具有高度的灵活性.在操作中可以根据具体的需求进行定制，可以组装成不同模式的发电装置，在各种场合均可以应用.第六，燃料使用范围较为广阔.基于燃料重整器以及相关燃料电池、电堆组成的燃料电池电站可以通过各种气态化石燃料如，天然气，LPG等，液态化石燃料如，柴油，甲醇等燃料提供供给.

二、燃料电池的主要类型以及相关工作原理

燃料电池在应用过程中，主要利用各种燃料以及氧化剂电化学反应等产生各种电能以及副热能.其中FC主要是通过燃料电极的负极以及氧化剂电极的正极与电解质共同构成的.其中电解质的作用就是对两个电极进行隔离，燃料以及氧化剂在燃料电极以及氧化剂的电极中进入到电池内部；在燃料电池工作时，其中燃料的负极处会发生一定的氧化反应，而氧化剂在正极的接触处会发生一定的还原反应.也就是说，在外电路会产生一定的电位差，引起电子的外电路流动的产生，进而造成一定的低压直流电.在电池内部的电荷载体通过电解质完成相关工作，进而产生一定的水和二氧化碳.如果持续保持燃料供给，电池就会保持持续发电.现阶段主要应用的燃料电池类型主要分为酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及质子交换膜燃料电池四种形式.

1.磷酸类别的燃料电池（PAFC）.这是一种相对完善的民用技术电池.主要是通过H2以及钴含量小于0.1%的组成作为主要燃料，其中空气作为氧化剂，电解质主要是通过磷酸溶液以及电解质机体构成的；其中电极是通过催化剂（铂系金属）与碳黑载体共同组成的.PAFC在工作过程中的温度在200℃左右，其发电效率约为40%左右.此种燃料电池的余热利用价值相对较低，且启动时间相对较长，无法作为移动电力电源.

2.熔融碳酸盐类别的燃料电池（MCFC）.这是一种高温燃料电池，实际的工作温度为600～700℃.通过一些多孔金属阳极、多孔氧化物的阴极、电解质板以及导电双极板等共同组成.主要燃料为H2、煤气或天然气，其氧化剂为氧气或者空气以及CO2的混合气体；其中电解质是熔融碳酸盐（Li2CO3-K2CO3），在电极反应中的相关载荷子为CO-32.因为MCFC的工作温度相对较高，其余热有一定的利用空间.同时，因为其可以用于容量相对较大的中心电站，也可以进行火力发电并行以及取代火力发电的发展可能.

3.固体氧化物类别的燃料电池（SOFC）.固体氧化物类别的燃料电池主要基于氧化钇为稳定化的氧化锆为电解质.其中锶掺杂的锰酸镧作为其氧化剂电极，镍电解质作为阳极的一种全固态陶瓷结构.SOFC是一种高温电池，实际工作温度在1000℃左右，其转化效率基于50%～60%之间.

4.质子交换膜类别的燃料电池（PEMFC）.被称为第五代新型燃料电池，相对于其他类别的燃料电池来说，其工作温度相对较低，其启动速度与比能、使用寿命与应用等都具有一定的优势，发展相对较为迅速.质子交换膜型燃料电池基于全氟磺酸型固体聚合物作为电解质，其中将 Pt/C或者Pt- Ru/C作为一种电催化剂，H2以及相关净化重整气作为主要燃料，将空气或者纯氧作为氧化剂.基于质子交换膜燃料为主的电池作为主要动力的电动车已经取得一定的研究成果，其性能可以与传统的内燃机相比，但是售价相对较高.这种燃料电池电动车是美国政府以及相关大汽车公司未来发展的重点.

总之，基于现阶段能源组成的实际问题着手，要缓解我国依赖煤炭以及石油等能源，就要提高对新型燃料电池的重视.我们要利用燃料电池的优势，深入探究其功能与原理，为构建和谐的生态环境奠定基础.

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