燃料電池的的起源

【專家解說】：簡單地說，燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大約160年的歷史。 1:利用天然氣的發(fā)電系統(tǒng) MCFC需要供給的燃料氣體是H2，它可由天然氣中的CH4改質(zhì)生成，其反應(yīng)在改質(zhì)器中進行。改質(zhì)器出口的溫度為600℃，符合MCFC的工作溫度，可以原樣直接輸送到燃料極側(cè)。 另一方面，空氣極側(cè)需要的O2通過空氣壓縮機供給。另一個反應(yīng)因素CO2，空氣極側(cè)反應(yīng)等量地再利用發(fā)電時燃料極產(chǎn)生的CO2。除了有CO2外，燃料極排出氣體還含有未反應(yīng)的可燃成份，一起輸送到改質(zhì)器的燃燒器側(cè)，天然氣改質(zhì)所必需的熱量就由該燃燒熱供給。這種情況下，排出的燃料氣體會含有過多的H2O，將影響發(fā)熱量，為此通常是先將排出燃料氣體冷卻，將水份濾去后再輸送到改質(zhì)器的燃燒側(cè)。從改質(zhì)器燃燒側(cè)出來的氣體與來自壓縮機的空氣相混合后供給空氣極側(cè)。 實際的電池因內(nèi)部存在電阻會發(fā)熱，故通過在空氣極側(cè)中流過的大量氧化氣體(陰極氣體，即含有O2、CO2的氣體)來除去其發(fā)生的熱。通常是按600℃供給的氣體在700℃下排出，這一指標(biāo)可通過在空氣極側(cè)進行流量調(diào)整來控制，為此采用陰極氣體的再循環(huán)，即，空氣極側(cè)供給的氣體為以改質(zhì)器燃燒排氣與部分空氣極側(cè)排出氣體的混合體，為了保持電池入口和出口的溫度為最佳溫度，可將再循環(huán)流量與外部供給的空氣流量一起調(diào)整。 來自空氣極側(cè)的排氣為高溫，送入最終的膨脹式透平，進行動力回收，作為空氣壓縮動力而應(yīng)用。剩余的動力，由發(fā)電機發(fā)電回收，從而可以提高整套系統(tǒng)的效率。另外，天然氣改質(zhì)所必需的H2O(水蒸汽)可從排出的燃料氣體中回收的H2O來供給。 這種系統(tǒng)的效率可達55~60%。在整套出力中MCFC發(fā)電量份額占90%。絕大部分的發(fā)電量是由MCFC生產(chǎn)的。如果考慮到排氣形成的動力回收和若干的附加發(fā)電，廣義上也可以稱為聯(lián)合發(fā)電。 在使用PAFC的情況下，若以煤炭為燃料發(fā)電時就不容易了，采用天然氣時，其構(gòu)成類似于MCFC機組，基本上是由電池本體發(fā)電。原因是PAFC排出氣體溫度較低，與其進行附加發(fā)電不如作為熱電聯(lián)產(chǎn)電源。 SOFC能和較高溫度的排氣體構(gòu)成附加發(fā)電系統(tǒng)，由于SOFC不需要CO2的再循環(huán)等，結(jié)構(gòu)簡單，其發(fā)電效率可以達到50-60%。