碱性燃料电池原理
使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质,且电化学反应也与羟基(-OH)从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这些电子是用来为外部电路提供能量,然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。
负极反应:2H2 4OH- → 4 H2O 4e-
正极反应:O2 2H2O 4 e- → 4OH-
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此,它们的启动也很快,但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍,在汽车中使用显得相当笨拙。不过,它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池,因此可用于小型的固定发电装置。
如同质子交换膜燃料电池一样,碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外,其原料不能含有二氧化碳,因为二氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾,降低电池的性能。
碱性燃料电池分类
1、循环式电解质碱性燃料电池。电解质溶液被泵入燃料电池的碱腔,电解质在碱腔中循环使用。这一设计的优点在于它可以随时更换电解质。
2、固定式电解质碱性燃料电池。电池堆的每一个电池都有一个属于自己的独立的电解质,他被放在两个电解之间的隔膜材料里。这个设计由于其结构的简单性,现已广泛应用于航天飞行器中。
3、可溶解燃料碱性燃料电池。在电解质中混合了肼或氨这类燃料。这个设计成本低,结构紧密,制作简单且易于补充燃料。
碱性燃料电池的优缺点
1、优点
(1)效率高,因为氧在碱性介质中的还原反应比其他酸性介质高。
(2)因为是碱性介质,可以用非铂催化剂。
(3)因工作温度低,碱性介质,所以可以采用镍板做双极板。
2、缺点
因为电解质为碱性,易与CO2生成K2CO3、Na2CO3沉淀,严重影响电池性能,所以必须除去CO2,这给其在常规环境中应用带来很大的困难。
碱性燃料电池的应用
1、航天飞行器用动力电源。
2、军事装备电源。
3、电动汽车用的动力电源。
4、民用发电装置。
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