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。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。

基本介紹

• 中文名：磷酸燃料電池
• 外文名：PAFC
• 類型：燃料電池
• 工作溫度：150 - 200℃左右

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 – 20 MW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。

工作原理

如圖所示，電池中採用的是100%磷酸電解質，其常溫下是固體，相變溫度是42℃。氫氣燃料被加入到陽極，在催化劑作用下被氧化成為質子，同時釋放出兩個自由電子。氫質子和磷酸結合成磷酸合質子，向正極移動。電子向正極運動，而水合質子通過磷酸電解質向陰極移動。因此，在正極上，電子、水合質子和氧氣在催化劑的作用下生成水分子。具體的電極反應表達如下。

PAFC燃料電池基本結構

負極反應：

H₂ → 2+ 2e^-

正極反應：

O₂ + 4+ 4e^- → 2H₂O

總反應：

O₂ + 2H₂ → 2H₂O

磷酸燃料電池一般工作在200℃左右，採用鉑作為催化劑，效率達到40%以上。由於不受二氧化碳限制，磷酸燃料電池可以使用空氣作為陰極反應氣體，也可以採用重整氣作為燃料，這使得它非常適合用作固定電站。

發展套用

PAFC用於發電廠包括兩種情形：分散型發電廠，容量在10-20MW之間，安裝在配電站；中心電站型發電廠，容量在100MW以上，可以作為中等規模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優點：即使在發電負荷比較低時，依然保持高的發電效率；由於採用模組結構，現場安裝簡單，省時，並且電廠擴容容易。

受1973年世界性石油危機以及美國PAFC研發的影響，日本決定開發各種類型的燃料電池，PAFC作為大型節能發電技術由新能源產業技術開發機構（NEDO）進行開發。自1981年起，進行了100kW現場型PAFC發電裝置的研究和開發。1986年又開展了200kW現場性發電裝置的開發，以適用於邊遠地區或商業用的PAFC發電裝置。

富士電機公司是目前日本最大的PAFC電池堆供應商。截至1992年，該公司已向國內外供應了17套PAFC示範裝置，富士電機在1997年3月完成了分散型5MW設備的運行研究。作為現場用設備已有50kW、100kW及500kW總計88種設備投入使用。