燃料電池概述簡介：

燃料電池一般由燃料極(或稱氫極)、空氣極(或稱氧極)以及夾在這兩極之間的電解質構成。工作時，由外部供給電池的氫在燃料極放出電子成為氫離子，氫離子通過電解質后移向空氣極，而電子則通過外電路亦到達空氣極。

在空氣極，由外部供給電池的氧，與氫離子及電子進行反應生成水。電能由外電路輸出。 燃料電池與我們所熟悉的干電池雖然都是將化學能轉換成電能的裝置，但它們的最大不同點在于，封存在干電池中參予化學反應的物質終將耗盡，反應停止，也就不能輸出電能了；而對于燃料電池，只要外界不斷地供給它燃料氣體和氧化劑，化學反應就能不間斷地進行，它就能不停地輸出電能。

現在研制的燃料電池有四種基本類型，即磷酸型、溶融碳酸鹽型、固體電解質型及堿型燃料電池。它們是根據電池中所用燃料、氧化劑、電解質的不同以及工作溫度和構成方式的差別而劃分的。磷酸型燃料電池是用氫的純度極高的天然氣或甲醇作燃料，工作溫度為200℃，反應過程用鉑作催化劑，發電效率達40%。溶融碳酸鹽型燃料電池，使用的天燃氣燃料中既含氫也含一氧化碳，還能用含氫純度低的煤氣作燃料，工作溫度在600～700℃，化學反應活躍，不用鉑等昂貴的催化劑，發電效率可達50%。

發電過程可利用所排熱能，與汽輪機結合。復合發電，這可使發電效率提高到55%左右；固體電解質型燃料電池中所用的電解質是陶瓷化合物，工作溫度可高達800～1000℃，發電效率可達到50%以上；堿性燃料電池是以液氫為燃料，以液氧為氧化劑，成本極高。美國只在“阿波羅”登月飛船和“挑戰者”號航天飛機上使用了這種燃料電池。這種燃料電池不僅作為飛船和航天飛機的電源系統，而且也為宇航員提供了不可缺少的生活用水及生命保障系統中所需的冷卻用水，這一特點是其他電源所望塵莫及的。

燃料電池主要設備：

1、利用煤炭的發電系統

以MCFC為例進行介紹。煤炭需經煤氣化裝置生成作為MCFC可用燃料的CO及H2，并在進入MCFC前除去其中含有的雜質(微量的雜質就會構成對MCFC的惡劣影響)，這種供給MCFC精制煤氣，其壓力通常高于MCFC的工作壓力，在進入MCFC供氣前先經膨脹式渦輪機回收其動力。渦輪機出口氣體，經與部分來自燃料極(陽極)排出的高溫氣體(約700℃)相混合，調整為對電池的適宜溫度(約600℃)。該陽極氣體的再循環是，將排出的燃料氣體中所含的未反應的燃料成分返回入口加以再利用，借以達到提高燃料的利用率。向空氣極側供給O2和CO2是通過空氣壓縮機輸出的空氣和排出燃料氣體相混合來完成的。但是，碳酸氣是采用觸媒燃燒器將未燃的H2及CO變換成H2O和CO2后供給的。

排熱回收系統(末級循環)，是由利用空氣極側排氣的膨脹式渦輪機和利用蒸汽的汽輪機發電來構成。膨脹式渦輪機與壓縮機的相組合，其剩余動力用于發電。蒸汽是由來自其下流的熱回收和煤氣化裝置以及陰極氣體再循環回路中的蒸汽發生器之間的組合產生，形成汽水循環。這種機組的發電效率，因煤氣化方式和煤氣精制方式等的不同而有若干差異。利用煤系統SOFC其構成是復雜的。但若用管道氣就簡單多了，主要的是采用煤炭氣化系統造成的，其效率為45~55%。

2、利用天然氣的發電系統

MCFC需要供給的燃料氣體是H2，它可由天然氣中的CH4改質生成。空氣極側需要的O2通過空氣壓縮機供給。另一個反應因素CO2，空氣極側反應等量地再利用發電時燃料極產生的CO2。除了有CO2外，燃料極排出氣體還含有未反應的可燃成份，一起輸送到改質器的燃燒器側，天然氣改質所必需的熱量就由該燃燒熱供給。這種情況下，排出的燃料氣體會含有過多的H2O，將影響發熱量，為此通常是先將排出燃料氣體冷卻，將水份濾去后再輸送到改質器的燃燒側。從改質器燃燒側出來的氣體與來自壓縮機的空氣相混合后供給空氣極側。

在使用PAFC的情況下，若以煤炭為燃料發電時就不容易了，采用天然氣時，其構成類似于MCFC機組，基本上是由電池本體發電。原因是PAFC排出氣體溫度較低，與其進行附加發電不如作為熱電聯產電源。SOFC能和較高溫度的排氣體構成附加發電系統，由于SOFC不需要CO2的再循環等，結構簡單，其發電效率可以達到50-60%。