磷酸型燃料電池 - 中文百科知識

磷酸燃料電池（PAFC）是當前商業化發展得最快的一種燃料電池。

這種電池使用液體磷酸為電解質，通常位於碳化矽基質中。

磷酸燃料電池的工作溫度要比質子交換膜燃料電池和 ... 磷酸型燃料電池 磷酸燃料電池（PAFC）是當前商業化發展得最快的一種燃料電池。

這種電池使用液體磷酸為電解質，通常位於碳化矽基質中。

磷酸燃料電池的工作溫度要比質子交換膜燃料電池和鹼性燃料電池的工作溫度略高，位於150-200℃左右，但仍需電極上的白金催化劑來加速反應。

其陽極和陰極上的反應與質子交換膜燃料電池相同，但由於其工作溫度較高，所以其陰極上的反應速度要比質子交換膜燃料電池的陰極的速度快。

主要特點較高的工作溫度也使其對雜質的耐受性較強，當其反應物中含有1-2%的一氧化碳和百萬分之幾的硫時，磷酸燃料電池照樣可以工作。

磷酸燃料電池的效率比其它燃料電池低，約為40%，其加熱的時間也比質子交換膜燃料電池長。

雖然磷酸燃料電池具有上述缺點，它們也擁有許多優點，例如構造簡單，穩定，電解質揮發度低等。

磷酸燃料電池可用作公共汽車的動力，而且有許多這樣的系統正在運行，不過這種電池似乎將來也不會用於私人車輛。

在過去的20多年中，大量的研究使得磷酸燃料電池能成功地用語固定的套用，已有許多發電能力為0.2–20MW的工作裝置被安裝在世界各地，為醫院，學校和小型電站提供動力。

它採用磷酸為電解質，利用廉價的炭材料為骨架。

它除以氫氣為燃料外，現在還有可能直接利用甲醇、天然氣、城市煤氣等低廉燃料，與鹼性氫氧燃料電池相比，最大的優點是它不需要CO2處理設備。

磷酸型燃料電池已成為發展最快的，也是目前最成熟的燃料電池，它代表了燃料電池的主要發展方向。

現狀磷酸型燃料電池不僅在效率、環保特性等方面具有優良的一面，而且在持久性、可信賴性方面也非常可靠。

例如，現在日本民用產業用以50~20kw容量的成套設備，有10多台在實際運營中，其中13台已提前達到商業化耐用性目標，累計運行超過4萬小時。

磷酸型燃料電池現已用於商業階段，在不久的將來可以說是我們常見的燃料電池。

此外，燃料電池發電設備的製造成本也比開發階段明顯減少，如果條件完備能夠理想運行的話，在燃料電池發電設備的產品壽命之內，就可把投資全部收回。

但是，為在今後能真正達到普及，大致在2個方向上推進是比較重要的。

其一：要批量生產以便促進成本降低;另一個是：活用燃料電池的特性，利用它新創造的附加值，促進它把新的用途引人市場。

工作原理PAFC燃料電池基本結構磷酸燃料電池是一種將氫氣(燃料氣體)和氧氣(空氣)反應時的化學能直接、連續地轉換成電能的電化學裝置。

在該電池裝置中，氫氣和氧氣分別輸送陽極和陰極，在電極、電解質和反應氣體之間建立的三相界面處分別進行氧化、還原反應。

陽極：H→2+2e陰極：O+4+4e→2HO總反應：O+2H→2HO電極通過電解質和外電路形成導電迴路。

因此，電極除具備較大的電子導電能力外，還具備多孔性以利於氣體擴散，而電解質除具有較大的離子導電能力和較低的電子導電能力外，還應是一個良好的物理隔離層。

反應氣體在燃料電池的裝置中可直接和連續地化學反應的自由焓改變轉換成直流電能，而且能量轉換的理論效率為83%（標準狀態），其次，磷酸燃料電池的產物為潔淨水，因而不會污染大氣，危害生態環境。

用途開發燃料電池本來是以氫氣為燃料發電的裝置。

但在氫燃料供給設備不完備的情況下，可以把市場上的城市煤氣（沼氣）或液化煤氣等經改性器轉換成氫氣用於發電。

代替這些燃料的是把現尚未被利用的、被捨棄的食品廢水，下水污泥等淨化後得到沼氣，或是把工業廢棄物作為能源重新加以利用，就會形成一個在環境改善、節省資源、經濟性等多方面有效的系統。

甲烷發酵氣(生物氣體)的套用磷酸型燃料電池我們把食品廢水、生活垃圾、下水道污泥等經厭氧處理後，所產生的甲烷發酵氣稱為消化氣體或稱生物氣體。

60%一70%的甲烷氣體和二氧化碳氣體混合，使其成為低位發熱量（22一25MJ//N）的氣體，由於條件不同它的發熱量也會改變。

從這些生物氣體燃料的穩定性、排氣性來看，通常用於鍋爐或發熱裝置是很難充分利用的，但是通過化學反套用於燃料電池的發電是比較容易的。

可依賴性高的電源燃料電池發電設備，是用變流器控制，把從電池得到的直流電變成交流電的一種方式，從而使得與系統同期。

可容易並快速得到從聯繫系統運轉到獨立運轉或從獨立運轉到聯立系統運轉進行切換。

本系統活用這一特性，使得電源系統提供給重要負荷連續的電力。

把從燃料電池發電系統設備得到的直流電藉助於變流器，轉換成交流電。

一方面，為電力系統及與這一系統連線的一般負荷提供電力。

另一方面，也為重要負荷連續提供電力。

如果系統中某處發生異常，高速開關可以在短時間內從聯繫系統運轉切換到獨立運轉，繼續給重要負荷提供電力。

另外，萬一燃料電池停止的話，也可以通過備用設備不間斷地提供給系統到負荷的電力。

高品質可信賴電力系統高品質可信賴電力系統上述的可信賴的電源系統附加了通過燃料電池發電設備的變流器控制一定電壓、一定頻率的高質量電力供給功能和無間斷切換功能`。

以往為了確保給重要負荷供給穩定電源，採用了USP（無停電電源裝置）與用於長時間的電力供給緊急用的發電機相配合的電源供電系統。

與其具有同等機能，並且運行成本與以往的UPS相比，它作為有利的電源供給系統，開發出如圖1所示的高品質、可信賴的電力供給系統。

引入實例用於食品工廠的適用例把啤酒廠排出的有機廢水經過甲烷氣體發酵槽淨化後，產生生物氣體，經過前處理裝置、緩衝罐，提供給燃料電池發電設備。

前處理裝置是為了維持燃料電池發電設備內部的機器性能，除去包括生物氣體中的不純物質的裝置。

不純物質一般指硫化氫（通常100pm等級）及微量的鹽類、氨等。

可實際上，由於測點及每種廢液的成分、含量不同，前處理裝置需適應各種條件而進行最最佳化設計。

磷酸型燃料電池燃料電池的發電設備，是從約80/h的生物氣體產生20kw的電力和740MJ/h的熱量。

電在工廠系統內被使用，熱在工廠內作為熱源被加以利用。

由於本系統的引人可以減少使用電力的6%及石油燃料的2%。

污水處理的適用例通過消化氣體（從下水污泥中得到的甲烷發酵氣）開發出燃料電池的發電系統。

用於20kw燃料電池發電設備，可以套用500h，已得到實際驗證，而且證實了用約60%的甲烷氣體額定發電運行的穩定性、耐久性。

基於這一成果，日本最初的消化氣體燃料電池實用機於1999年11月已納入橫濱市北部污泥處理中心使用，現仍處於良好運轉之中。

相關詞條 磷酸燃料電池 磷酸燃料電池（PAFC）是當前商業化發展得最快的一種燃料電池。

正如其名字所示，這種電池使用液體磷酸為電解質，通常位於碳化矽基質中。

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