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1、碱性燃料电池,原理与应用展望,简介,碱性燃料电池（AFC）是以碱性溶液为电解质，将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。是最早获得应用的燃料电池，由于其电解质必须是碱性溶液，因此而得名碱性燃料电池。在1973年成功地应用于Apollo登月飞船的主电源，使人们看到了燃料电池的诱人前景。但近年来汽车等行业普遍使用的却是离子交换膜燃料电池（PEMFC）等.对此,进行分析、研究与展望。,AFC结构示意图,1.1 原理、材料,在AFC中，浓KOH溶液既当作电解液，又作为冷却剂。它起到从阴极到阳极传递OH-的作用，氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成本低，易溶解，腐蚀性低，而成为首选电解质。导电
2、离子为OH-，燃料为氢AFC的催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属镍、钴、锰等。,原理反应式及电位计算,其反应原理如下：阳极反应：H2+2OH-2H2O+2e-标准电极电位为-0.828V阴极反应：1/2O2+H2O+2e-2OH-标准电极电位为0.401V总反应：1/2O2+H2 H2O 理论电动势为0.401-（-0.828）=-1.229V,AFC实物图,上世纪六十年代用于航天器的AFC,优点,a.从耐电解液性方面来看，不必使用价格昂贵的铂系催化剂。氢电极可采用镍系催化剂，氧电极可采用银系催化剂。b.工作温度在100以下，启动快，且电池的构成材料的选择范围广,造价低。c.与其他燃料
3、电池相比，碱性燃料电池系统具有较高的电效率（60%90%）。,缺点,a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有CO2的气体接触，电解液中就会生成碳酸根离子，如含量超过30%，输出功率便会急剧下降。因此必须配置CO2除去装置，这样势必要提高造价。b.为保持一定的电解液浓度，需要进行适当的控制，因而使系统复杂化，成本增高。c.由于低温工作，所以废热利用困难。另外，冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小，因此体积变大。,1.4 改进措施,电化学法除去CO2CO2可通过电化学方法消除。在碳酸盐形成后，将AFC在短时间内运行在高电流条件下，可大大降低阳极附近的OH一浓度，碳酸盐的浓度相对增大，形成H2C0
4、3，并分解，释放出CO2，达到消除的目的。这种方法简单易行，无须增加任何辅助设备。使用循环电解液MCifrain等提出循环电解液的方法。通过更新电解液，将电解液中生成的碳酸盐去除，并不断添加作为载流子的OH一，减弱了碳酸盐析出对电极的机械破坏，保证了充足的载流子的数量，还有利于水和热的管理，使AFC可高效、长时间工作。此方法的缺陷是增加了AFC的复杂性。,1.5应用领域,碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K）和低温（工作温度低于373K）两种。中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目上的电源，经过几十年的应用，被证明是安全可靠的太空电源低温碱性燃料电池是今后开发的重点，其应用目标是便携式电源和交通工具用动力电源。,结论,AFC具有效率高、启动快、价格低廉的优点，仍然具有一定的发展潜力。尤其是近年来AFC的CO2毒化问题已基本解决，且氨的使用也为AFC的应用展开了一片较好的前景。AFC和PEMFC各有所长，今后在重点发展PEMFC的同时，也应对AFC进行更深入的研究，进一步挖掘AFC的潜力。,参考文献,1张姝.毕剑.赖欣.高道江 AFC电催化剂的研究进展 期刊论文-电池2006(06)2韩家军.李宁.张天云.魏琦峰 AFC催化剂中毒原因及预防办法的研究现状 期刊论文-电池2006(04)3倪萌.梁国熙 碱性燃料电池研究进展 期刊论文-电池2004(5),谢谢！,
