新型能源材料

NewEnergyMaterials

第三篇

燃料電池技術(shù)

3.1燃料電池概述3.2堿性燃料電池3.3磷酸燃料電池3.4質(zhì)子交換膜燃料電池3.5熔融碳酸鹽燃料電池3.6固體氧化物燃料電池燃料電池是一種能夠持續(xù)地通過(guò)發(fā)生在陽(yáng)極和陰極的氧化還原反應(yīng)將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它工作時(shí)需要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，只要持續(xù)供應(yīng)，燃料電池就會(huì)不斷提供電能。燃料電池的定義：普通電池(battery)-----能量?jī)?chǔ)存裝置e.g.，lithiumionbattery燃料電池(fuelcell)-----能量轉(zhuǎn)換裝置燃料電池與其他電池的區(qū)別能源問(wèn)題：化石能源日益枯竭能源價(jià)格攀升當(dāng)前燃料電池的研發(fā)背景能源與環(huán)境制，轉(zhuǎn)換效率只有33-35%傳統(tǒng)能源受卡諾循環(huán)及現(xiàn)代材料的限石油價(jià)格飛漲，150美元/桶

等溫膨脹：狀態(tài)(p1V1T1)→狀態(tài)(p2V2T1)，系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量、+Q；

絕熱壓縮：狀態(tài)(p4V4T2)→狀態(tài)(p1V1T1)，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作功、-W。

絕熱膨脹：狀態(tài)(p2V2T1)→狀態(tài)(p3V3T2)，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功、+W；

等溫壓縮：狀態(tài)(p3V3T2)→狀態(tài)(p4V4T2)，系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量、+Q；等溫線T1、高溫等溫線T2、低溫卡諾循環(huán):由兩個(gè)可逆的等溫過(guò)程和兩個(gè)可逆的絕熱過(guò)程所組成的理想循環(huán)

卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，卡諾循環(huán)的效率必定小于1。

在相同溫度的高、低溫?zé)嵩粗g工作的一切實(shí)際熱機(jī)，其效率都不會(huì)大于可逆卡諾熱機(jī)的效率

卡諾循環(huán)效率我國(guó)汽車(chē)保有量將快速增長(zhǎng)車(chē)用汽柴油需求不斷增大,石油供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

年份汽油消耗量柴油消耗量燃油總消耗量201078448133159772012908793341842120151080111277220792020153921514630538我國(guó)未來(lái)車(chē)用燃油消耗量預(yù)測(cè)（單位：萬(wàn)噸）我國(guó)未來(lái)石油進(jìn)口依存度預(yù)測(cè)（單位：億噸）我國(guó)未來(lái)汽車(chē)保有量預(yù)測(cè)（單位：萬(wàn)輛）據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，截止2013年年底，我國(guó)汽車(chē)保有量達(dá)到1.37億輛，31個(gè)城市汽車(chē)保有量超過(guò)100萬(wàn)輛。北京、天津、成都、深圳、上海、廣州、蘇州、杭州8個(gè)城市汽車(chē)保有量超過(guò)200萬(wàn)輛，其中北京超過(guò)500萬(wàn)輛。汽車(chē)保有量的迅速增加，嚴(yán)重加劇了空氣污染。全國(guó)許多城市空氣污染嚴(yán)重，其中65%的城市環(huán)境污染、25%的二氧化碳、70%的有毒氣體來(lái)自于汽車(chē)尾氣，并且是PM2.5的主要來(lái)源。2014年春節(jié)期間，在放鞭炮疊加作用下，全國(guó)有16個(gè)大城市空氣質(zhì)量屬于嚴(yán)重污染嚴(yán)重的霧霾汽車(chē)對(duì)燃油的消耗

發(fā)展新能源我國(guó)汽車(chē)的普及率完全可能接近發(fā)達(dá)國(guó)家的水平----每千人300輛計(jì)算，總保有量就是4.5億輛。按每輛汽車(chē)年消耗燃油1噸計(jì)（目前歐洲的水平1.5噸，日本1噸，中國(guó)2.2噸），4.5億輛車(chē)需要4.5億噸燃油。有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，2020年國(guó)內(nèi)的石油年產(chǎn)量可達(dá)到1.8億噸，如進(jìn)口2.7億噸，共計(jì)4.5億噸。如其中2/3給汽車(chē)用，煉成燃油約2億噸。汽車(chē)燃油存在2.5億噸以上巨大缺口。4.5噸原油3噸燃油環(huán)境問(wèn)題：傳統(tǒng)化石材料，煤炭、汽、柴油的燃燒釋放COx、NOx、SOx氣體和粉塵大量的廢水、廢渣、廢熱和噪聲污染汽車(chē)尾氣排放全球變暖冰川融化大氣污染我國(guó)城市環(huán)境污染治理仍然嚴(yán)峻。２００６年全國(guó)監(jiān)測(cè)的５５９個(gè)城市中，空氣質(zhì)量達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市占２８．５％、劣于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市占９．１％。全國(guó)共有39個(gè)城市的空氣質(zhì)量低于三級(jí)。有數(shù)據(jù)表明，機(jī)動(dòng)車(chē)排放越來(lái)越成為城市的主要大氣污染源。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明，美國(guó)、中國(guó)、俄羅斯和日本的二氧化碳排放量幾乎占全球總量的一半。調(diào)查表明，美國(guó)二氧化碳排放量居世界首位，年人均二氧化碳排放量約20噸，總量占全球的23.7%。中國(guó)年人均二氧化碳排放量為2.51噸，總量約占全球的13.6%。中國(guó)面臨越來(lái)越大的CO2減排壓力。

歐美日汽車(chē)二氧化碳排放限值2009年9月胡錦濤主席在聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)上承諾，中國(guó)5年減排15億噸CO2。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)CO2排放量約占總排放量25%左右。我國(guó)在售轎車(chē)百公里油耗平均8.06升，相當(dāng)汽車(chē)每公里二氧化碳排放量為161.2g。汽車(chē)工業(yè)發(fā)展面臨二氧化碳排放的巨大壓力深圳市委書(shū)記王榮介紹說(shuō)，目前深圳市是全中國(guó)新能源試點(diǎn)最好的城市，也是新能源汽車(chē)普及率最高的城市。在深圳有超過(guò)八百臺(tái)比亞迪純電動(dòng)汽車(chē)作為出租車(chē)奔馳在大街小巷，更有兩百多臺(tái)K9純電動(dòng)大巴作為公交車(chē)正在使用。這些新能源汽車(chē)的投入，是深圳能夠在全國(guó)大范圍霧霾侵襲的情況下依舊保持較好的空氣質(zhì)量使用混合動(dòng)力--鋰電子電池/鉛酸電池，通常電動(dòng)汽車(chē)充一次電能跑150公里左右百公里只需10度電，如果每度電以0.5元計(jì)算，最多也就花費(fèi)5元錢(qián)。汽車(chē)百公里耗油最低也要10升，得花費(fèi)70多塊錢(qián)，費(fèi)用相對(duì)高很多8.06升/百公里*7元/升=56.42元/百公里充電難、基礎(chǔ)設(shè)施滯后-----如果建立電動(dòng)汽車(chē)充電站，那么在這么擁擠的城市里應(yīng)該在什么地方選址？市場(chǎng)汽車(chē)保有率是否達(dá)到維持充電站的費(fèi)用？電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)間較長(zhǎng)者能達(dá)到七八個(gè)小時(shí)，短則需要一兩個(gè)小時(shí)，市民將汽車(chē)放置于充電站后，又怎樣解決交通問(wèn)題？充電----離不開(kāi)煤炭等傳統(tǒng)化石燃料的發(fā)電充電電動(dòng)汽車(chē)存在的問(wèn)題：能源危機(jī)環(huán)境污染發(fā)展新能源主要內(nèi)容1

燃料電池的工作原理2

燃料電池構(gòu)成3燃料電池的分類(lèi)4燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料電池的發(fā)明1790年，英國(guó)化學(xué)家尼科爾森,W.WilliamNicholson(1753~1815)，設(shè)計(jì)了一個(gè)伏打電池堆，將導(dǎo)線放在水里通過(guò)電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線兩端有氣泡冒出，經(jīng)分析是氧氣和氫氣

H2OH2+O2電解1842年，英國(guó)人格洛夫，SirWilliamRobertGrove

(1811–1896)，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法，讓氧氣和氫氣緩慢燃燒，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了微弱的電流

---------燃料電池的雛形WilliamNicholson1959年，英國(guó)劍橋大學(xué)的化學(xué)家法蘭西斯培根，設(shè)計(jì)了一個(gè)電池組，在高溫高壓下為電池輸入氫氣和氧氣，制作出一個(gè)5kW的燃料電池組，能夠推動(dòng)電焊機(jī)，電鋸，及堆高機(jī)（Lifter）工作1965年，以氫氧為燃料的堿性燃料電池成功的應(yīng)用于美國(guó)雙子星座5號(hào)太空飛船上，成為太空的電力供應(yīng)系統(tǒng)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，各種燃料電池在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用小功率燃料電池燃料氧化劑陽(yáng)極陰極電解質(zhì)離子導(dǎo)通1.1燃料電池的發(fā)電原理燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，按照電化學(xué)原理，等溫地把儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。電極提供電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所陽(yáng)極進(jìn)行燃料的氧化過(guò)程陰極進(jìn)行氧化劑的還原過(guò)程導(dǎo)電離子在將陰、陽(yáng)極分開(kāi)的電解質(zhì)內(nèi)遷移電子通過(guò)外電路做功并構(gòu)成電的回路燃料電池工作原理：與常規(guī)化學(xué)電源不同，類(lèi)似于汽、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氧化還原反應(yīng)：

[R]+[O]P[R]代表還原劑(燃料)，[O]代表氧化劑，P代表反應(yīng)產(chǎn)物。燃料電池的兩個(gè)半反應(yīng)：[R][R]++e-[R]++[O]+e-P[R]+[O]P還原劑[R]的氧化反應(yīng)氧化劑[O]的還原反應(yīng)氫氣氧氣陽(yáng)極陰極H22H++2e-1/2O2+2H++2e-H2O總反應(yīng)：H2+

1/2O2

H2O膜外電路電解質(zhì)2e2e燃料電池的輸出電壓=E陰極-E陽(yáng)極電極極化現(xiàn)象：在電池開(kāi)路時(shí)，電池的電壓為開(kāi)路電壓E0，當(dāng)電池輸出電流對(duì)外做功時(shí)，輸出電壓由E0降至E，這種電壓降低的現(xiàn)象稱為極化一個(gè)電池總的極化包括：陽(yáng)極氧化、陰極氧化和歐姆電位降三部分電池輸出電流時(shí)陽(yáng)極電位的損失稱為陽(yáng)極極化電池輸出電流時(shí)陰極電位的損失稱為陰極極化極化原因：活化極化：電化學(xué)反應(yīng)速度限制所引起的電位損失濃差極化：反應(yīng)物傳質(zhì)限制所引起的電位損失歐姆極化：電池組件（主要是電解質(zhì)膜）的電阻所引起的歐姆電位損失理論熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%~90％實(shí)際發(fā)電效率均在40%-60%的范圍受極化影響燃料電池運(yùn)行特性----比能量(功率密度)

燃料電池的發(fā)電性能可用比能量來(lái)判別。電池比能量的物理意義是電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能。兩種表達(dá)方式:質(zhì)量比能量：以單位質(zhì)量電池輸出的功率，kW/kg表示體積比能量：以單位體積電池輸出的功率，kW/L表示2.

燃料電池的構(gòu)成構(gòu)成燃料電池的關(guān)鍵部件：電極隔膜集流板（或稱雙極板）電解質(zhì)2.1電極：電極是燃料（如氫）氧化和氧化劑（如氧）還原的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，包括陽(yáng)極電極和陰極電極電極厚度一般為200-500μm，通常分為2或3層：一層為擴(kuò)散層或支撐層，由導(dǎo)電多孔材料制備，起到支撐催化劑層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和反應(yīng)產(chǎn)物（如水）的作用整平層，1-2μm一層為催化劑層，由電催化劑和防水劑（如聚四氟乙烯）等制備，其厚度僅為幾微米至數(shù)十微米電催化與電催化劑電催化是指電極與電解質(zhì)界面上的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)得以加速的一種催化作用。多相催化：heterogeneouscatalysis電催化反應(yīng)的速度的影響因素：雙電層內(nèi)電場(chǎng)大小電解質(zhì)溶液本性電催化劑的活性電催化劑的要求：良好的催化活性高的選擇性電的良導(dǎo)體高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性---抗腐蝕能力EnergyEnviron.Sci.,2012,5,5281–5286NanoporoussurfacealloysashighlyactiveanddurableoxygenreductionreactionelectrocatalystsTEM,Pt/C,beforeandafter4000CVcyclesTEM,NP-Pt6Ni1,beforeandafter4000CVcyclesNanoporousPt/Ni(NP-Pt6Ni1)alloysforORRJ.L.Zhang,K.Sasaki,E.Sutter,R.R.Adzic,Science2007,315,220.

StabilizationofPlatinumOxygen-ReductionElectrocatalystsUsingGoldClustersPolarizationcurvesonrotatingdiskelectrodeCVcurvesAfter3000cyclesBefore3000cyclesAfterBeforeAfterBeforeAfter3000cyclesBefore3000cyclesAuclusterPt(111)CarbonAu/Pt/CcatalystforORRAu/Pt/CPt/CAu相原子行的間距與Pt（111）一致Pd-PtBimetallicNanodendriteswithHighActivityforOxygenReductionB.Lim,M.Jiang,P.H.C.Camargo,E.C.Cho,J.Tao,X.Lu,Y.Zhu,Y.Xia,Science2009,324,1302.TEM,Pdnanocrystalseeds,truncatedoctahedralHRTEM,Pdnanocrystalseeds,truncatedoctahedral.Inset,FT

pattern,FouriertransformTEM,Pd-Ptnanodendrites,reducingK2PtCl4byL-ascorbicacidwithtruncatedoctahedralPdNCseedsHAADF-STEMimageofPd-PtnanodendritesHigh-angleannulardark-fieldscanningtransmissionelectronmicroscopy,高角環(huán)形暗場(chǎng)-掃描透射電子像

FT后晶面的衍射花樣晶面、取向、生長(zhǎng)方向掃描透射電子顯微鏡需高真空度、厚樣品多孔氣體擴(kuò)散電極電催化劑的活性與電極內(nèi)各組分的配比、電極的孔分布與孔隙率、電極的導(dǎo)電特性有關(guān)性能優(yōu)良的氣體擴(kuò)散電極：采用多孔結(jié)構(gòu)，以獲得高的真實(shí)比表面積確保在反應(yīng)區(qū)液相傳質(zhì)層很薄，以獲得高的極限擴(kuò)散電流密度采用高活性的電催化劑以獲得高的交換電流密度通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或電極結(jié)構(gòu)組分的選取、優(yōu)化，達(dá)到穩(wěn)定反應(yīng)區(qū)的功能2.2電解質(zhì)與隔膜電解質(zhì)的要求：較高的化學(xué)穩(wěn)定性較高的電導(dǎo)率不在電催化劑上產(chǎn)生強(qiáng)特性吸附對(duì)反應(yīng)試劑有高的溶解度不浸潤(rùn)PTFE防水劑以免降低其憎水性KOHHClO4濃磷酸H2SO4氧還原反應(yīng)：隔膜的功能是分離氧化劑與還原劑（如氫和氧）并起離子傳導(dǎo)的作用。隔膜的厚度一般為零點(diǎn)幾毫米，可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為絕緣材料制備的多孔膜，如石棉膜、碳化硅膜和偏鋁酸鋰膜等。電解質(zhì)（如氫氧化鉀、磷酸、熔融的鋰鉀碳酸鹽）靠毛細(xì)管作用力侵入膜的孔內(nèi)一類(lèi)為離子交換膜質(zhì)子交換膜燃料電池中采用的全氟磺酸樹(shù)脂膜，其導(dǎo)電離子為氫離子。在固體氧化物燃料電池中應(yīng)用的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯膜，其導(dǎo)電離子為氧離子不能有電子導(dǎo)電×2.3雙極板與流場(chǎng)起集流、分隔氧化劑與還原劑、并引導(dǎo)氧化劑與還原劑在電池內(nèi)電極表面流動(dòng)的導(dǎo)電隔板稱為雙極板，又稱集流板作用：收集電流、分隔氧化劑與燃料將反應(yīng)物（如氫和氧）均勻分配到電極各處再傳送氣體到電極催化劑層進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)

對(duì)雙極板的基本要求:必須不透氣-----分隔氧化劑與還原劑必須是電的良導(dǎo)體-----集流作用熱的良導(dǎo)體---使電池工作溫度分布均勻并排除廢熱在工作條件下具有抗腐蝕能力---燃料電池酸或堿環(huán)境兩側(cè)有使反應(yīng)氣體均勻分布的通道---確保反應(yīng)氣均勻分布多孔石墨和各種表面改性的金屬板流場(chǎng)流場(chǎng)是在雙極板上加工的各種形狀的溝槽，為反應(yīng)劑及反應(yīng)產(chǎn)物提供進(jìn)出通道。點(diǎn)狀、網(wǎng)狀、多孔狀、平行溝槽、蛇形等根據(jù)電池類(lèi)型與反應(yīng)氣種類(lèi)和純度進(jìn)行選擇燃料電池系統(tǒng)-5部分電池組---心臟，承擔(dān)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的任務(wù)燃料與氧化劑供給分系統(tǒng)—儲(chǔ)存并向電池提供燃料和氧化劑電池組水、熱管理系統(tǒng)---水及其它產(chǎn)物的排出及熱能綜合利用輸出電能的調(diào)整分系統(tǒng)---直流電壓的穩(wěn)定、過(guò)載保護(hù)并變直流電為交流電自動(dòng)控制分系統(tǒng)—對(duì)上述系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)整和控制。確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，還包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止程序及故障時(shí)停止程序3.燃料電池分類(lèi)堿性燃料電池(Alkalinefuelcell----AFC)------氫氧化鉀/鈉為電解質(zhì)磷酸燃料電池(Phosphoricacidfuelcell------PAFC)------濃磷酸為電解質(zhì)質(zhì)子交換膜燃料電池(Protonexchangemembranefuelcell-----PEMFC)-----全氟或者部分氟化的磺酸型質(zhì)子交換膜熔融碳酸鹽燃料電池(MoltencarbonatefuelcellMCFC)-----熔融的鋰鉀或鋰鈉碳酸鹽為電解質(zhì)固體氧化物燃料電池(Solidoxidefuelcell-----SOFC)

-----氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯膜為氧離子導(dǎo)體按照電解質(zhì)分類(lèi)：按照工作溫度分類(lèi)低溫型：工作溫度低于100oC---------------堿性燃料電池與質(zhì)子交換膜燃料電池中溫型：工作溫度在100-300oC-------------培根型堿性燃料電池與磷酸燃料電池

高溫型：工作溫度在600-1000oC----------固體氧化物燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池3.1

堿性燃料電池使用的電解質(zhì)為穩(wěn)定的氫氧化鉀/鈉基質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：工作溫度低，約為80℃、啟動(dòng)快不足：生產(chǎn)成本高，功率密度低陽(yáng)極反應(yīng):陰極反應(yīng):H2+2OH-2H2O+2e-1/2O2+H2O+2e-2OH-應(yīng)用實(shí)例：培根型AFC用于阿波羅登月飛行

石棉膜型AFC用于航天飛機(jī)燃料：氫，肼等，氧化劑:空氣或純氧氣培根型燃料電池：氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極（內(nèi)外層孔徑不同）鉑作催化劑電解質(zhì)、80%～85%的苛性鉀溶液室溫為固體電池工作溫度（204～260°C）下為液體能量利用率較高、自耗電大、起動(dòng)和停機(jī)需較長(zhǎng)的時(shí)間起動(dòng)需24小時(shí)，停機(jī)17小時(shí)石棉膜型燃料電池：氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成氧電極為多孔銀極片含35%苛性鉀溶液的石棉膜以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器，構(gòu)成氣室，封裝成單體電池起動(dòng)時(shí)間、15分鐘，可瞬時(shí)停機(jī)與磷酸鐵鋰電池相比、更環(huán)保。堿性燃料電池應(yīng)用：最新科技

------美國(guó)空軍學(xué)院研制的氫燃料電池?zé)o人機(jī)3.2

質(zhì)子交換膜燃料電池

工作溫度60-100oC，電解質(zhì)：部分或全部氟化的磺酸型質(zhì)子交換膜燃料：H2、甲醇、甲酸，乙醇等，氧化劑：空氣或純氧氣電催化劑：負(fù)載型Pt/C，Pt,Ru/C催化劑優(yōu)點(diǎn)：工作溫度低、啟動(dòng)快、能量密度高、壽命長(zhǎng)、重量輕、無(wú)腐蝕性、不受二氧化碳的影響缺點(diǎn)：質(zhì)子交換膜的成本高，電催化劑成本高應(yīng)用：便攜式移動(dòng)電源、機(jī)動(dòng)車(chē)電源氫氧質(zhì)子交換膜電池車(chē)一次性加滿氫燃料后的最大行駛里程約為240公里

加拿大Ballard公司研制的PEMFC，比功率達(dá)到了1kW/L,700W/kg。通用雪弗蘭氫氧燃料車(chē)推出的氫燃料電池999型汽車(chē)最高時(shí)速可達(dá)每小時(shí)207.3英里福特日本豐田汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的氫氧燃料電池車(chē)，預(yù)計(jì)售價(jià)38萬(wàn)，2015年上市3.3磷酸燃料電池工作溫度：150-200℃，電解質(zhì)：濃磷酸，燃料：氫氣，氧化劑:空氣電催化劑：鉑催化劑優(yōu)點(diǎn)：對(duì)雜質(zhì)耐受性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，電解質(zhì)揮發(fā)度低缺點(diǎn)：熱電效率低、～40%，余熱利用率低，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)應(yīng)用實(shí)例：醫(yī)院、計(jì)算機(jī)站的不間斷電源3.4熔融碳酸鹽燃料電池燃料：天然氣/煤氣/沼氣，氧化劑：空氣，電解質(zhì)：鋰鉀碳酸鹽/鋰鈉碳酸鹽，工作溫度達(dá)到650℃時(shí)，鹽會(huì)溶化，產(chǎn)生碳酸根離子，從陰極流向陽(yáng)極，與氫結(jié)合生成水，二氧化碳和電子。優(yōu)點(diǎn)：高的工作溫度能使諸如天然氣和石油的碳?xì)浠衔镌趦?nèi)部重整，在燃料電池結(jié)構(gòu)內(nèi)生成氫用廉價(jià)的鎳金屬，余熱價(jià)值高，熱電效率高、～60%應(yīng)用實(shí)例：潔凈電站陽(yáng)極反應(yīng):陰極反應(yīng):H2+CO32-CO2+H2O+2e-1/2O2+CO2+2e-CO32-3.5固體氧化物燃料電池陽(yáng)極反應(yīng):陰極反應(yīng):優(yōu)點(diǎn)：對(duì)硫污染具有較高的耐受性、更穩(wěn)定熱電效率較高，約為60%左右工作溫度位于900-1000oC電解質(zhì)：氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯薄膜，燃料：天然氣/煤氣/沼氣，氧化劑：空氣

應(yīng)用實(shí)例：潔凈電站4.燃料電池特點(diǎn)4123能量轉(zhuǎn)換效率高環(huán)境友好工作安靜可靠性高能量轉(zhuǎn)換效率高：

燃料電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，不涉及熱機(jī)過(guò)程能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)的限制，其理論熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%~90％盡管受各種極化的限制，燃料電池實(shí)際發(fā)電效率均在40%~60%的范圍內(nèi)，仍高于火力發(fā)電的效率33-35%

熱能機(jī)械能化學(xué)能電能火力發(fā)電燃料電池環(huán)境友好：燃料電池幾乎不排放NOx及SOx

溫室氣體CO2的排放量也比火力發(fā)電少40%~60%燃料電池與火力發(fā)電大氣污染情況比較單位：kg/MWh安靜：運(yùn)行部件少工作時(shí)安靜、噪聲極低可直接設(shè)在用戶附近，從而減少傳輸費(fèi)用和傳輸損失4.5和11MW的大功率磷酸燃料電池噪聲水平不超過(guò)55dB可靠性高：與燃?xì)鉁u輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，因而系統(tǒng)更加安全可靠，不會(huì)因傳動(dòng)部件失