氨-空氣燃料電池

燃料電池是一種新型的化學電源，能夠將燃料的化學能直接轉化成電能。因為電池消耗的活性物質並不儲存在電池內部，而是通過外部不斷輸入到電池裡，從而不斷產生電能。這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率範圍廣、不用充電等優點，但由於成本高，系統比較複雜，僅限於一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉站、燈塔和浮標等方面。

氨作為一種富氫燃料，具有良好的產業基礎，價格低廉，因此作為燃料電池燃料具有很大的發展潛力。

基本介紹

• 中文名：氨-空氣燃料電池
• 外文名：Ammonia-Air Fuel Cell
• 正極：空氣中的氧
• 燃料：氨氣
• 分類：直接供氨式和間接供氨式
• 類別：燃料電池

燃料電池介紹

化學電源種類很多，目前常見的分類如下四類：

1. 原電池即一次電池：電池的活性物質裝在電池內部。當活性物質消耗完之後，電池失去工作能力。如常用的鋅-錳乾電池。
2. 蓄電池即二次電池：電池活性物質也在電池內部，當電池消耗到一定成都後，電池便不能正常放電 。通過充電，使電池的活性物質恢復，即可繼續放電使用。如常用的鎳-鎘蓄電池。
3. 儲備電池：一般將這種電池做成乾燥狀態，長期保存。使用之前加入電解質溶液，使其活化，如儲備式鋅-空氣電池等。
4. 燃料電池：燃料電池是一種將燃料的化學能直接轉化為電能的轉換裝置。為電池消耗的活性物質並不儲存在電池內部，而是通過外部不斷輸入到電池裡，從而不斷產生電能。

燃料電池又有“化學發電機”之稱。因為它和火力發電機及油機一樣，都是將燃料用氧氣氧化，同時產生電能和熱能，但是火力發電機和油機是把化學能先轉化為熱能，再轉化為機械能，最後轉化為電能，因而效率很低。一般的發電廠轉換效率約為30-40%之間，而燃料電池因為將燃料的化學能直接轉化為電能，因為理論熱效率很高，可以達到90%，實際的轉化效率目前可達60-70%，仍比火力發電機和油機高很多。

分類

直接供氨燃料電池

直接供氨燃料電池(DAFC)內，氨被直接輸送到燃料電池的陽極，並在催化劑作用下氧化：

直接供氨燃料電池的陽極反應為：

陰極反應為：

由於氨很容易與水分子結合，在進入含水電解質時會產生少量的質量損失：又由於運行過程中如果供氨速度太慢還會產生大量的活化損失，因此相對氫燃料電池，目前直接供氨燃料電池的效率和功率密度也都較低。

供氨水式燃料電池

間接供氨燃料電池

間接供氨燃料電池(IAFC)系統中，氨首先經過重整裝置被分解成氨氣和氫氣，再供給燃料電池。

氨分解一般是在催化劑的作用下加熱後實現的：

氨分解裝熱加熱所需的燃料可以是儲罐中的原料氨，也可以是含氨的尾氣。分解過程通常可以單步完成，控制也簡單。氨分解通常在絕熱的金屬管中進行，管內充滿小球形狀的催化劑。金屬管一般比較長，這樣可以增大氨與催化劑接觸的面積，提高氨的分解速度。

(1)爐外分解裝置(EFAS)

爐外燃燒室分解裝置是研究得比較多的一種氨分解裝置，它的最大優點就是可以充分利用陽極尾氣中殘餘的可燃成份氫和氨，從而減少損失。採用爐外分解裝置，重整氣中的H2質量分數可達到75%。

爐外分解裝置

(2)利用廢熱的分解裝置(WHAS)

鹼性燃料電池的工作溫度為20-65℃時，尾氣中的廢熱可用熱泵加以回收，為氨氣分解提供所需要的能量。

(3)自熱氨分解裝置(ATAS)

在這種分解裝置中，氨的燃燒和催化分解同時進行，其中燃燒反應為分解反應提供能量。由於兩種反應在同一空間進行，所以熱傳遞充分分解速度快，氨的轉化率非常高，可以達到99%。

自熱氨分解裝置

套用領域

作為極具發展前途的新動力電源，氫氧燃料電池的套用領域是多方面的：大型電站發電、便攜移動電源、應急電源、家庭電源、飛機、汽車、軍艦等。

氨非常適合作為鹼性燃料電池的氫源，隨著鹼性燃料電池技術的發展，氨的套用越來越少到關注。ZAP和Apollo能源系統公司最近宣布已經在相關的技術開發上去的突破性進展，新研製的燃料電池由泡沫鉛電極製成，比普通酸性鉛電池更加輕巧，電能密度也更大，燃料電池中的燃料主要來自於氨溶液分解後產生的氫氣。目前已經計畫開發採用該新技術的新型汽車。

氨作為燃料電池氫能載體，分解裝置結構簡單、效率較高，特別是攜帶方便，價格低、製造技術成熟，非常適合作為車用燃料電池的氫源。

氨作為氫能載體，應當是目前解決燃料電池的氫能來源的有效途徑之一。當然，它的推廣還存在一些問題，例如與PEMFC一樣，氨燃料電池成本遠高於內燃機，實際效率也還不理想。隨著研究的深入和技術的進步，相信這些問題應當可以解決。