第三代燃料电池概念
问题描述
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固体电解质燃料电池(SOFC)被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质,未来可用于煤基燃料发电,质子交换膜燃料电池是最有希望的电动车电源。燃料电池有以下优点:
1)有很高的效率,以氢为燃料的燃料电池,理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池,实际效率可达584%。通过热电联产或联合循环综合利用热能,燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基本无关,小型设备也能得到高效率。
2)处于热备用状态,燃料电池跟随负荷变化的能力非常强,可以在1 s内跟随50%的负荷变化。
3)噪音低;可以实现实际上的零排放;省水。
4)安装周期短,安装位置灵活,可省去新建输配电系统。
目前燃料电池大规模应用的障碍是造价高,在经济性上要与常规发电方式竞争尚需时日。燃料电池的技术关键涉及电池性能、寿命、大型化、价格等与商业化有关的项目,主要涉及新的电解质材料和催化剂。熔融碳酸盐电池(MCFC)在高温条件下液体电解质的损失和腐蚀渗漏降低了电池的寿命,使MCFC的大型化及实用化受到限制。需要解决电池构成材料的腐蚀;电极细孔构造变化使电池性能下降等问题。
固体氧化物燃料电池(SOFC)使用固体电解质且工作温度很高,对构成材料及其加工有特殊要求。为了得到高温下化学性稳定和致密性(不通过气体)的电解质,在氧化锆中加入Y2O3生成钇稳定氧化锆。为了降低工作温度,应尽可能减少电解质薄膜厚度。通常采用熔射法、烧结法和电化学蒸发涂层法制备电解质薄膜。
实用的电解质膜的厚度为0.03~0.05 mm。比较先进的已达到0.01 mm。这样薄的电解质陶瓷材料除应当有足够的机械强度外,必须具有高度的气体致密性,否则将丧失燃料电池的性能。燃料极使用镍锆等耐热金属陶瓷,镍还用作燃料重整的催化剂,空气极在运行中处在高温氧化中,难以使用一般金属。铂的稳定性好,但费用昂贵,需要寻找替代材料,可用电子导电陶瓷。为了降低工作温度,另外一个重要的研究方向是寻找低温的质子导电的电解质。工作温度倘若能降低到700 ℃以下,SOFC的造价就可以大幅度降低。
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第三代燃料电池是一种基于质子交换膜技术的燃料电池,相比于第一代和第二代燃料电池,第三代燃料电池具有更高的能量密度和更长的寿命。
其工作原理是将氢气和氧气在质子交换膜两侧分别反应,生成水和电能。相比于传统电池,第三代燃料电池具有更高的能效和更少的环境污染。此外,第三代燃料电池的能量密度也更高,可以提供更长的续航里程。因此,第三代燃料电池在电动汽车、航空航天、便携式电源等领域具有广泛的应用前景。
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应该是以氢能为代表的算第三代燃料电池
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