燃料电池技术-第四章-碱性燃料电池

《燃料电池技术-第四章-碱性燃料电池》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1第四章碱性燃料电池燃料电池技术第4章碱性燃料电池24.1引言燃料电池技术第4章碱性燃料电池3碱性燃料电池（AlkalineFuelCell）是最早研究成功并得以应用的燃料电池。应用：20世纪60年代初期，碱性燃料电池用于阿波罗航天飞机，这是碱性燃料电池首次出现在实际应用中，它展现出高比功率、高能量转化效率和运行高度可靠的特点。燃料电池技术第4章碱性燃料电池4示范性的碱性燃料电池被用于驱动式农用拖拉机（Ihrig，1960）、汽车（Kordesh，1971）、起重机等方面，另外，它还能够为船只提供动力及用于海上导航设备。主要问题：虽然这些示范性碱性燃料电池系统大多性能卓越，但是，

2、诸如成本、易操作性、坚固耐用性以及安全等问题却很难解决。燃料电池技术第4章碱性燃料电池5碱性燃料电池以强碱（如KOH溶液）为电解质。在低温AFC（低于120℃）中，使用的KOH溶液的质量百分比含量为30%-45%；高温AFC（约260℃)中，KOH溶液的质量百分比含量可达85%。它以氢为燃料，氧为氧化剂，能量转化效率可达70%，工作电压通常在0.5-0.9V。与酸性电解质相比，碱性电解质中阴极的活性过电位较低，不仅可以使用低载量的贵金属催化剂，还可以用非贵金属作为电极催化剂。除此之外，碱性燃料电池成本低，使用的电极材料和电解质（如KOH）比较便宜，具有价格优势。燃料电池技术第4章

3、碱性燃料电池64.2工作原理燃料电池技术第4章碱性燃料电池7•通常AFC由两个多孔电极以及多孔电极之间的碱性电解质组成，工作原理具体过程为：碱性燃料电池是以强碱为电解质，氢为燃料，氧为氧化剂的燃料电池，在阳极，氢气与碱中的OH－在电催化剂作用下，发生氧化反应生成水和电子：H2+2OH-2H2O+2e-E0=－0.828v氢电极反应生成的电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应：1／2O2+H2O+2e-2OH-E0＝0.401v生成的OH－通过饱浸碱液的多孔石棉膜迁移到氢电极。总反应：H2+1/2O2→H2OE0=1.229V燃料电池技术第4章碱性燃料电池

4、8静态电解液保持体：石棉膜燃料电池技术第4章碱性燃料电池9•阳极侧产生水，而阴极侧氧气还原消耗水，需要等速地从阳极侧排出反应生成的水，从而维持电解液浓度的恒定。除此之外，反应生成的热量也要及时排出以维持电池温度的恒定。•KOH和NaOH溶液以其成本低，易溶解，腐朽性低的特点而成为AFC首选的电解质。由于碱性电解质易与空气中的CO2反应生成碳酸盐，且KOH与CO2反应生成的K2CO3的溶解度比Na2CO3的溶解度要高，所以通常选用KOH溶液作为电解质。燃料电池技术第4章碱性燃料电池104.3电催化剂与电极燃料电池技术第4章碱性燃料电池11•作为AFC电催化剂需要满足以下几个条件：•

5、对于阳极氢气电氧化反应，常以雷尼Ni为基体材料用作催化剂。对于阴极氧气电还原反应，常用Ag做催化剂。（1）在碱性条件下对氢气氧化或氧气还原具有催化活性；（2）在碱性条件下具有化学和电化学稳定性；（3）具有良好的导电性或能担载在具有良好导电性的载体上，如炭黑。•对于阳极氢气电氧化反应，常以雷尼Ni为基体材料用作催化剂。对于阴极氧气电还原反应，常用Ag做催化燃料电池技术剂。第4章碱性燃料电池124.3.1电催化剂•1.阳极催化剂•由于Pt、Pd等贵金属对氢电化学氧化具有较高的催化活性，因此，对氢在金属Pt电极上的电催化氧化过程的研究最为详尽。但贵金属价格昂贵，为了降低成本，增大氢与催

6、化剂的接触面积，通常把Pt、Pd等贵金属分散到碳表面，这样不仅可以使其活性表面积增大，同时碳载体还可为反应物提供物质传输通道，增大散热表面积，提高贵金属的热稳定性。燃料电池技术第4章碱性燃料电池13•为了提高催化剂的电催化活性以及抗CO中毒能力，通常向Pt中加入第二、第三组分金属，如Pt-Ag、Pt-Rh等二元及Ir-Pt-Au、Pt-Pd-Ni等三元合金催化剂都表现出较好的氢电氧化催化活性，并且降低了电极中Pt载量。燃料电池技术第4章碱性燃料电池14•此外，利用储氢合金在室温下能可逆吸放氢的性能，对多种储氢合金的氢电氧化催化活性的研究表明，氢气可先吸附在储氢合金上，然后在储氢合

7、金表面分解成氢原子，发生电化学氧化反应，具体过程为：•H2+2M→2M-H（4.4）•M-H+OH-→M+H2O+e-（4.5）•M和M-H分别代表催化剂和催化剂上吸附氢的中间相。燃料电池技术第4章碱性燃料电池15燃料电池技术第4章碱性燃料电池162.阴极催化剂由于氧在碱性电解质中具有较快的动力学反应速度，因此AFC阴极催化剂可以使用贵金属催化剂，也可以使用多种非贵金属催化剂。燃料电池技术第4章碱性燃料电池17•氧气的电还原催化活性最高的材料：Pt、Pd等贵金属。•贵金属催化活性