燃料电池论文|燃料电池论文3000字

燃料电池的发展

燃料电池是一种通过阳极和阴极的氧化还原反应将化学能连续转化为电能的能量转换装置。近20年来，燃料电池经历了几种类型的发展阶段，如碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质。美国、日本等国相继建立了一些碳酸盐燃料电池发电厂、熔融碳酸盐燃料电池发电厂和质子交换膜燃料电池发电厂。燃料电池的结构与普通电池基本相同，有一个阳极和一个阴极，由电解质隔开。与普通电池不同的是，燃料电池是一个开放的系统。它需要连续供应化学反应物，以保证连续供电。其工作原理:燃料电池由阳极、阴极和离子导电电解质组成。燃料在阳极被氧化，氧化剂在阴极被还原，电子通过负载从阳极流向阴极，形成电路，产生电流。

燃料电池具有不受卡诺循环限制、能量转换效率高、燃料电池输出功率由单电池性能、电极面积和单电池数量决定、环境问题少、负载响应快、运行质量高等优点。当时出现了第一个发展高峰，重点是碱性FC的发展。虽然它并没有像预期的那样应用于车辆和大型动力装置，但FC在太空飞行中的成功证明了它的突出优势。70年代初，由于投入的减少，FC研究进入低潮。20世纪70年代末，由于材料科学的进步和世界范围内的能源短缺，开发新的发电技术，提高石油、天然气、煤炭等化石燃料的利用率，成为一个备受关注且意义深远的话题，于是FC研究达到了第二次高潮，此时重点放在了它上面。

开发磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。现在，作为继水力、火力和原子能之后的第四代能源，燃料电池引起了世界的关注。

熔融碳酸盐燃料电池主要由阳极、阴极、电解质基板和集流板或双极板组成；

(1)阳极

MCFC最早使用银和铂作为阳极催化剂，后来为了降低成本，使用了具有良好导电性和电催化性能的镍。但发现在MCFC的工作温度和电池装配力的作用下，镍会发生烧结和蠕变，于是MCFC采用镍铬或镍铝合金作为阳极电催化剂。添加2%~10%Cr的目的是防止烧结，但镍铬阳极容易发生蠕变。此外，铬可被电解质锂化并消耗碳酸盐。铬含量的降低会减少电解质的损失，但蠕变会增加。相比之下，镍铝阳极的蠕变较小，电解液损失较小，蠕变降低是由于合金中形成。

(2)阴极

氧化镍被广泛用作熔融碳酸盐燃料电池的阴极催化剂。典型的制备方法是多孔镍电极

电池在加热过程中会发生原位氧化，但这样制备的NiO电极会膨胀，向外挤压电池外壳，破坏外壳与电解质基体之间的湿密封。有几种方法可以改善这一缺陷:

长度Ni电极先在电池外氧化，再在电池内掺杂Li；或者氧化和Li掺杂都在电池外部进行；

2.直接用NiO粉末烧结，烧结前掺杂Li，或掺杂Li:

3.在空气中烧结金属镍粉，使烧结和氧化同时完成；

(3)电解质基板

电解质基板是MCFC的重要组成部分，其用途也是MCFC的特色之一。电解质基质由载体和碳酸盐组成，其中电解质固定在载体中。衬底不仅是离子导体，而且是阴极和阳极隔板。它必须具有高强度，耐高温耐熔盐腐蚀，浸入熔盐电解质后能阻断气体的通过，并具有良好的离子导电性。其可塑性可用于电池的气体密封，防止气体泄漏，称为“湿密封”。

(4)集流板(双极板)

双极板既能分隔氧化剂和还原剂，提供气体流动通道，又能起到集电流和导电的作用，所以又叫集电板或隔离板。在电池的工作环境中，阴极侧的不锈钢表面形成，其内层有氧化铬，两者都起到钝化膜的作用，减缓不锈钢的腐蚀速度。为了减缓双极板阳极侧的腐蚀速度，采用了镀镍的方法。MCFC采用浸在熔盐中的偏铝酸盐埋置式隔膜密封，称为湿式密封。为了防止湿密封处的电偶腐蚀，通常使用铝涂层来保护双极板的湿密封。在电池的工作条件下，涂层会形成一层致密的偏铝酸盐绝缘层。

综上所述，燃料电池发展迅速，将达到相当规模。其研发重点为:燃料转换用催化剂膜、降低成本、安全设施、储氢技术等。