正文
什么是固态氧化物燃料电池
什么是固态氧化物燃料电池
1、固态氧化物燃料电池使用诸如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质。其工作温度位于800℃~1000℃之间。在这种燃料电池中,当氧阳向离子从阴极移动到阳极氧化燃料气体(主要是氢和一氧化碳的混合物)使便产生能量。阳极生成的电子通过外部电路移动返回到阴极上,减少进入的氧,从而完成循环。
2、固态氧化物燃料电池的效率约为60%左右,可供工业用来发电和取暖,同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。对于溶化的碳酸盐燃料电池而言,高温意即这种电池能抵御一氧化碳的污染,一氧化碳会随时氧化成二氧化碳。这便省却了外部重整从燃料中提取氢,而且这种电池还可以再直接使用石油或天然气。固态氧化物燃料电池对目前所有燃料电池都有的硫污染具有最大的耐受性。由于它们使用固态的电解质,这种电池比溶化的碳酸盐燃料电池更稳定,然而它们用来承受所产生的高温的建造材料却要昂贵得多。
固体氧化物燃料电池的结构组成
1、固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置,其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等,是其广泛应用的基础。
2、固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode,fuel electrode)、阴极或空气极(cathode,air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。
3、固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同,在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成,阳极为燃料发生氧化的场所,阴极为氧化剂还原的场所,两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源,其阳极即电源负极,阴极为电源正极。
4、在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气,例如:氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等,具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体,并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通人氧气或空气,具有多孔结构的阴极表面吸附氧,由于阴极本身的催化作用,使得O2得到电子变为O2-,在化学势的作用下,O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体,由于浓度梯度引起扩散,最终到达固体电解质与阳极的界面,与燃料气体发生反应,失去的电子通过外电路回到阴极。
5、单体电池只能产生1V左右电压,功率有限,为了使得SOFC具有实际应用可能,需要大大提高SOFC的功率。为此,可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。 SOFC组的结构主要为:管状(tubular)、平板型(planar)和整体型(unique)三种,其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为SOFC的发展趋势。
固体氧化物燃料电池的特点
1、固体氧化物燃料电池是一种高效的能源转换装置,其结构相对简单。这种电池的内部没有移动部件,因此运行起来更加稳定可靠。此外,由于其高效能,固体氧化物燃料电池在减少能源损失方面表现优异。
2、固体氧化物燃料电池通常在高温下运行,这有助于提高其效能。这种高温环境可以加速化学反应,从而提高能量的产生和转换效率。然而,高温也意味着对材料有更高的要求,需要能够承受这种极端环境的材料。
3、固体氧化物燃料电池能够使用多种不同的燃料,包括氢气、天然气、煤等。这种多样性使得这种电池能够适应不同的能源需求和市场环境。
4、固体氧化物燃料电池的副产物是水蒸气,这使得它成为一种相对环境友好的能源生产方式。相比传统的燃烧方式,固体氧化物燃料电池产生的二氧化碳和其他有害物质要少得多。
5、一、固体氧化物燃料电池工作原理之电化学反应
6、在固体氧化物燃料电池中,燃料在阳极发生氧化反应,生成电子和离子。电子通过外部电路流向阴极,而离子则通过电解质流向阴极。在阴极上,氧气发生还原反应,与来自电解质的离子结合生成水。这个电化学反应过程就是固体氧化物燃料电池产生电能的基础。
7、二、固体氧化物燃料电池工作原理之能量转换
8、固体氧化物燃料电池的能量转换过程包括燃料的氧化反应、氧气的还原反应以及热能的释放。这种电池的能量转换效率高,能够有效地将化学能转化为电能。此外,固体氧化物燃料电池还具有热能回收的功能,可以将化学反应释放的部分热能转化为电能。
9、三、固体氧化物燃料电池工作原理之运行条件
10、固体氧化物燃料电池需要在高温下运行,一般在600℃-1000℃之间。在这个温度范围内,电池的电化学反应速度较快,能够实现高效能量转换。此外,高温也有利于提高电池的稳定性,延长其使用寿命。