鉅大LARGE | 點擊量:2038次 | 2019年10月22日
磷酸燃料電池的基本構件
磷酸燃料電池的主要構件有:電極、含磷酸的基質、隔板、冷卻板、管路等?;镜娜剂想姵亟Y構是含有磷酸電解質的基質材料置于陰陽兩極之間。
1、電極及催化劑電極由載體和催化劑層組成。用化學吸附法將催化劑沉積在載體表面,電化學反應就發生在催化劑層上。催化劑層的主要成分包括,碳載體、高度分散的鉑催化劑及疏水介質(如聚四氟乙烯,PTFE)。鉑催化劑的活性取決于催化劑的類型、晶粒尺寸及表面積等。晶粒愈小、比表面積愈大,催化劑的活性愈高。
碳載體的結構影響電極的性能和壽命。碳載體的主要作用如下:
(I)分散催化劑;
(2)為電極提供大量微孔;
(3)增加催化劑層的導電性。
目前用做碳載體的炭黑有兩種類型,即乙炔炭黑和爐炭黑。
2、襯底
作為電極支撐材料的襯底,與催化劑層毗鄰,可允許電子及反應氣體通過。從性能上看,電極襯底應符合以下條件:
(1)在工作條件及磷酸環境下的穩定性;
(2)對電和熱的良導性;
(3)多孔性,以使反應氣體高效率地擴散;
(4)良好的機械強度,能承受高壓運行。
在工作溫度下,100%磷酸具有強腐蝕性,石墨被認為是首選材料。襯底的制作是將石墨纖維、酚醛樹脂與粘結劑混合后壓模,再在高溫下進行烘烤。
3、電解質
選擇磷酸作電解質是基于以下原因:
(1)可在高溫下工作;
(2)可耐Cot;
(3)低蒸汽壓;
(4)高的氧溶解度;
(5)高溫下良好的離子導電性;
(6)高溫下的低腐蝕速度;
(7)大的接觸角(大于900).
4、基質
磷酸是盛裝在基質中的,基質的作用是靠毛細作用將酸吸附在其內。對基質的要求包括:
(1)對磷酸有良好的毛細作用;
(2)電絕緣性;
(3)防止電池內反應氣體交叉滲透;
(4)良好的導熱能力;
(5)高溫工作條件下的穩定性;
(6)足夠的機械強度。
除機械強度外,目前的基質結構可滿足其他要求。
5、分隔板
分隔板的作用是防止電池中陰、陽極氣體混合,并使兩電極導通。氣體泄漏會導致性能降低,甚至出現危險情況。
對分隔板的要求如下:
(1)足夠的氣密性,以防止反應氣體的滲透;
(2)在高溫、高壓及磷酸中化學性能穩定;
(3)良好的導電、導熱能力;
(4)足夠的機械強度。
6、供氣系統
供氣系統就是向電池堆供應兩種反應氣體的設備,分為兩種類型,即內部和外部管路結構。在內部管路系統中,供氣管路是由垂直于電池平面的、并貫穿電池堆元件的孔穴構成的。外部管路則通常是將管路箱接在電池堆的側面。
管線的設計原則包括:
(1)盡可能小的壓力降;
(2)絕緣性好;
(3)足夠的化學穩定性;
(4)足夠的機械強度;
(5)管線的焊接處在任何情況(包括突發事故)下都必須牢固,并且具有較低的熱膨脹系數。
7、冷卻系統
PAFC中有3種冷卻方式:空氣冷卻,絕緣液體冷卻和水冷卻。從冷卻性能來看,水冷最好,適用于較大電廠。而空氣冷卻相對水冷簡單,適用于相對小的電站,但是需要相對較多的電能循環冷卻空氣,因而不可避免地造成凈效率的降低。從冷卻性能及系統整體考慮時,間接液體(油)冷卻系統在性能上介于空氣和水之間,然而它非常緊湊且不易腐蝕。
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