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鉴于燃料电池仍是新兴产业,多种技术路线并存(不只有氢燃料电池路线),我们对6种燃料电池分别从各自反应原理、输出效率等方面进行了梳理,以使大家更全面的了解燃料电池产业,并通过对比思考出更为符合我国国情的技术方向。
1.1.六类燃料技术各有用武之地,质子交换膜燃料电池实现跨越式发展
1.1.1.质子交换膜燃料电池(PEMFC):低温运行,主要应用于交通领域
PEMFC采用水基酸性聚合物(一般为全氟磺酸)作为电解质、铂作为催化剂,是当前燃料电池汽车和物料搬运车的首选技术路线。相较其余5类电池,其特点为运行温度相对较低(一般低于100℃),同时可以根据需要灵活调整电堆输出功率。但因相对低的启动温度并采用贵金属基电极,这类电池必须使用高纯度的氢。
为克服高纯度氢气需求限制,目前PEMFC出现高温型技术路线,其原理为将水基电解质变成无机酸基电解质,该类电池运行温度可以高达200℃,对氢气的纯度要求较低,但有能量密度较低的弊端。
1.2.甲醇燃料电池(DMFC):运行温度适中,主要应用于消费电子
DMFC是相对较新的技术,由美国NASA和喷气式推进实验室在90年代发现。与PEMFC电池一样需要使用聚合物膜(如全氟磺酸)作为电解质,不同点为其采用铂-钌金催化剂,燃料可以是氢也可以是液态甲醇,因此被称作直接甲醇燃料电池。
甲醇具有相对高的能量密度,很容易运输和存储。基于其运行温度60-130℃特点,效率60%左右,直接甲醇燃料电池主要应用方向为电子产品、移动充电宝、物料搬运车等领域。
1.3.固体氧化物燃料电池(SOFC):运行温度高,主要应用于电站
SOFC采用固体陶瓷作为电解质(例如氧化锆-氧化钇),运行温度非常高,最高运行温度高达800-1000℃,对铂催化剂依赖较小,可采用多种碳氢化合物燃料(甲烷、煤气等)。其能量转换效率超过60%,如果放出的热量能够被回收利用,转化率则可高达80%。但受限于启动时间长,很难应用于汽车领域。
固体燃料电池在大型、小型固定式热电联产发电站中应用较多,例如Bloom的100kW离网发电站。此外,输出功率W级的管状固体燃料电池还成功应用在便携式充电装臵领域。
1.4.碱性燃料电池(AFC):可用非贵金属催化剂,主要应用于航天领域
AFC采用如氢氧化钾、碱性聚合物之类的碱性电解质,要求高纯度氢,运行温度70℃左右。最先被NASA应用在航天器上用于生产电能和水的电池,鲜被应用于商业领域。其优点是可采用非贵金属作为催化剂(镍最常见),转换效率可高达60%。
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