第247章 多孔質體
我在美漫世界有一個商店 作者：日本警視廳笫四搜查班警部 投票推薦 加入書簽 留言反饋
“我在美漫世界有一個商店 ()”！
離子在電場作用下，通過電解質遷移到陽極上，與燃料氣反應，構成迴路，產生電流。
同時，由於本身的電化學反應以及電池的內阻，燃料電池還會產生一定的熱量。
電池的陰、陽兩極除傳導電子外，也作為氧化還原反應的催化劑。
當燃料為碳氫化合物時，陽極要求有更高的催化活性。
陰、陽兩極通常為多孔結構，以便於反應氣體的通入和產物排出。
電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。
為阻擋兩種氣體混合導致電池內短路，電解質通常為致密結構。
燃料電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。
其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。
不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限製了電池容量。
而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，隻是個催化轉換元件。
因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。
電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上隻要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續地發電。
以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池。
氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。
電極應為：負極：H2+2OH-→2H2O+2e-
正極：12O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應：H2+12O2==H2O
另外，隻有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應的輔助係統，包括反應劑供給係統、排熱係統、排水係統、電性能控製係統及安全裝置等。
燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側氣體流路構成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。
在實用的燃料電池中因工作的電解質不同，經過電解質與反應相關的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應中與氫離子（H+）相關，發生的反應為：
燃料極：H2==2H++2e-（1）
空氣極：2H++12O2+2e-==H2O（2）
全體：H2+12O2==H2O（3）
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動到電解質中與空氣極側供給的O2發生反應。
e-經由外部的負荷迴路，再反迴到空氣極側，參與空氣極側的反應。
一係例的反應促成了e-不間斷地經由外部迴路，因而就構成了發電。
並且從上式中的反應式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒有其他的反應，H2所具有的化學能轉變成了電能。
但實際上，伴隨著電極的反應存在一定的電阻，會引起了部分熱能產生，由此減少了轉換成電能的比例。
引起這些反應的一組電池稱為組件，產生的電壓通常低於一伏。
因此，為了獲得大的出力需采用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。
組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離，采用了稱之為隔板的、上下兩麵中備有氣體流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。
堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定，電流與電池中的反應麵積成比。
PAFC的電解質為濃磷酸水溶液，而PEMFC電解質為質子導電性聚合物係的膜。
電極均采用碳的多孔體，為了促進反應，以Pt作為觸媒，燃料氣體中的CO將造成中毒，降低電極性能。
為此，在PAFC和PEMFC應用中必須限製燃料氣體中含有的CO量，特別是對於低溫工作的PEMFC更應嚴格地加以限製。
磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣後送到改質器，把燃料轉化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成H2和CO2。
經過如此處理後的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極)，同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應，借助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。
相對PAFC和PEMFC，高溫型燃料電池MCFC和SOFC則不要觸媒，以CO為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應用，而且還具有易於利用其高質量排氣構成聯合循環發電等特點。
含有電極反應相關的電解質（通常是為Li與K混合的碳酸鹽）和上下與其相接的2塊電極板（燃料極與空氣極），以及兩電極各自外側流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等，電解質在MCFC約600~700℃的工作溫度下呈現熔融狀態的液體，形成了離子導電體。
電極為鎳係的多孔質體，氣室的形成采用抗蝕金屬。
MCFC工作原理。空氣極的O2（空氣）和CO2與電相結合，生成CO32-（碳酸離子），電解質將CO32-移到燃料極側，與作為燃料供給的H+相結合，放出e-，同時生成H2O和CO2。化學反應式如下：
燃料極：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4）
空氣極：CO2+12O2+2e-==CO32-（5）
全體：H2+12O2==H2O（6）
在這一反應中，e-同在PAFC中的情況一樣，它從燃料極被放出，通過外部的迴路反迴到空氣極，由e-在外部迴路中不間斷的流動實現了燃料電池發電。
另外，MCFC的最大特點是，必須要有有助於反應的CO32-離子，因此，供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。
<a id="wzsy" href="http://www.ahzww.org">ahzww.org</a>
並且，在電池內部充填觸媒，從而將作為天然氣主成份的CH4在電池內部改質，在電池內部直接生成H2的方法也已開發出來了。
而在燃料是煤氣的情況下，其主成份CO和H2O反應生成H2，因此，可以等價地將CO作為燃料來利用。
為了獲得更大的出力，隔板通常采用Ni和不鏽鋼來製作。
SOFC是以陶瓷材料為主構成的，電解質通常采用ZrO2(氧化鋯)，它構成了O2-的導電體Y2O3（氧化釔）作為穩定化的YSZ（穩定化氧化鋯）而采用。
電極中燃料極采用Ni與YSZ複合多孔體構成金屬陶瓷，空氣極采用LaMnO3(氧化鑭錳)。
隔板采用LaCrO3(氧化鑭鉻)。
為了避免因電池的形狀不同，電解質之間熱膨脹差造成裂紋產生等，開發了在較低溫度下工作的SOFC。
第0239章預告無法解決的技術問題
離子在電場作用下，通過電解質遷移到陽極上，與燃料氣反應，構成迴路，產生電流。
同時，由於本身的電化學反應以及電池的內阻，燃料電池還會產生一定的熱量。
電池的陰、陽兩極除傳導電子外，也作為氧化還原反應的催化劑。
當燃料為碳氫化合物時，陽極要求有更高的催化活性。
陰、陽兩極通常為多孔結構，以便於反應氣體的通入和產物排出。
電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。
為阻擋兩種氣體混合導致電池內短路，電解質通常為致密結構。
燃料電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。
其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。
不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限製了電池容量。
而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，隻是個催化轉換元件。
因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。
電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上隻要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續地發電。
以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池。
氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。
電極應為：負極：H2+2OH-→2H2O+2e-
正極：12O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應：H2+12O2==H2O
另外，隻有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應的輔助係統，包括反應劑供給係統、排熱係統、排水係統、電性能控製係統及安全裝置等。
燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側氣體流路構成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。
在實用的燃料電池中因工作的電解質不同，經過電解質與反應相關的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應中與氫離子（H+）相關，發生的反應為：
燃料極：H2==2H++2e-（1）
空氣極：2H++12O2+2e-==H2O（2）
全體：H2+12O2==H2O（3）
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動到電解質中與空氣極側供給的O2發生反應。
e-經由外部的負荷迴路，再反迴到空氣極側，參與空氣極側的反應。
一係例的反應促成了e-不間斷地經由外部迴路，因而就構成了發電。
並且從上式中的反應式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒有其他的反應，H2所具有的化學能轉變成了電能。
但實際上，伴隨著電極的反應存在一定的電阻，會引起了部分熱能產生，由此減少了轉換成電能的比例。
引起這些反應的一組電池稱為組件，產生的電壓通常低於一伏。
因此，為了獲得大的出力需采用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。
組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離，采用了稱之為隔板的、上下兩麵中備有氣體流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。
堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定，電流與電池中的反應麵積成比。
PAFC的電解質為濃磷酸水溶液，而PEMFC電解質為質子導電性聚合物係的膜。
電極均采用碳的多孔體，為了促進反應，以Pt作為觸媒，燃料氣體中的CO將造成中毒，降低電極性能。
為此，在PAFC和PEMFC應用中必須限製燃料氣體中含有的CO量，特別是對於低溫工作的PEMFC更應嚴格地加以限製。
磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣後送到改質器，把燃料轉化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成H2和CO2。
經過如此處理後的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極)，同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應，借助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。
相對PAFC和PEMFC，高溫型燃料電池MCFC和SOFC則不要觸媒，以CO為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應用，而且還具有易於利用其高質量排氣構成聯合循環發電等特點。
含有電極反應相關的電解質（通常是為Li與K混合的碳酸鹽）和上下與其相接的2塊電極板（燃料極與空氣極），以及兩電極各自外側流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等，電解質在MCFC約600~700℃的工作溫度下呈現熔融狀態的液體，形成了離子導電體。
電極為鎳係的多孔質體，氣室的形成采用抗蝕金屬。
MCFC工作原理。空氣極的O2（空氣）和CO2與電相結合，生成CO32-（碳酸離子），電解質將CO32-移到燃料極側，與作為燃料供給的H+相結合，放出e-，同時生成H2O和CO2。化學反應式如下：
燃料極：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4）
空氣極：CO2+12O2+2e-==CO32-（5）
全體：H2+12O2==H2O（6）
在這一反應中，e-同在PAFC中的情況一樣，它從燃料極被放出，通過外部的迴路反迴到空氣極，由e-在外部迴路中不間斷的流動實現了燃料電池發電。
另外，MCFC的最大特點是，必須要有有助於反應的CO32-離子，因此，供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。
<a id="wzsy" href="http://www.ahzww.org">ahzww.org</a>
並且，在電池內部充填觸媒，從而將作為天然氣主成份的CH4在電池內部改質，在電池內部直接生成H2的方法也已開發出來了。
而在燃料是煤氣的情況下，其主成份CO和H2O反應生成H2，因此，可以等價地將CO作為燃料來利用。
為了獲得更大的出力，隔板通常采用Ni和不鏽鋼來製作。
SOFC是以陶瓷材料為主構成的，電解質通常采用ZrO2(氧化鋯)，它構成了O2-的導電體Y2O3（氧化釔）作為穩定化的YSZ（穩定化氧化鋯）而采用。
電極中燃料極采用Ni與YSZ複合多孔體構成金屬陶瓷，空氣極采用LaMnO3(氧化鑭錳)。
隔板采用LaCrO3(氧化鑭鉻)。
為了避免因電池的形狀不同，電解質之間熱膨脹差造成裂紋產生等，開發了在較低溫度下工作的SOFC。
第0239章預告無法解決的技術問題