燃料电池:热与电

•燃料电池是一种将燃料(氢气、天然气、甲醇等)和氧化剂(空气或氧气)的化学能转化为电能的装置。原则上，燃料电池的工作原理与电池类似。然而，与电池不同的是，燃料电池不会耗尽或需要充电。只要提供燃料和氧化剂，它就能发电和发热。

•尽管燃料电池刚刚开始商业化，但它似乎非常适合在建筑中的微型热电联产(CHP)应用中使用。在这些应用中，一个燃料电池可以产生3到10kW的电力，产生的热量可以用来加热建筑。利用热量的能力大大提高了燃料电池系统的效率，并提供比集中化石燃料发电站产生的电力更大的环境效益。

燃料电池系统比传统的热电联产系统有一个优势，即它们的热功率比更低。以发动机为基础的系统(通常是1.5:1的热功率比)产生的热量多于电能，这通常会导致“热倾销”——这在热需求较低的建筑中是一个特别的问题。燃料电池的热功率比甚至为1:1。

燃料电池是如何工作的

燃料电池包括阳极和阴极，二者之间夹有电解质。



1当一个氢原子(来自燃料源)与负极催化剂层接触时，它分裂成一个质子和一个电子。
2质子直接穿过电解质，而
3.电子通过外部电路时产生电流。
4电路将电子返回到电解质层的正极，在那里它们结合并与一个氧分子结合。
5在正阴极催化剂层中产生水和热。

用于建筑的燃料电池类型

燃料电池按其使用的电解质类型分类。

磷酸燃料电池(PAFC)

磷酸燃料电池(PAFC)使用磷酸电解质。磷酸的离子电导率在低温下较低，因此pafc在150-220℃左右工作。

磷酸燃料电池(PAFC)是第一个商业化的燃料电池。它们在20世纪60年代中期开发，从20世纪70年代开始进行现场测试，在稳定性、性能和成本方面都有了显著提高。这些特性使PAFC成为早期固定应用的良好候选者。

•大约75兆瓦的PAFC发电能力已经安装并投入使用。典型的装置包括建筑物、酒店、医院和电力设施，主要分布在日本、欧洲和美国。

质子交换膜燃料电池

PEM燃料电池使用固体聚合物膜(一种薄塑料膜)作为电解质。当这种聚合物被水饱和时，质子是可渗透的，但它不传导电子。

•PEMFC可能是燃料电池最常见的形式。pemfc在20世纪60年代首次用于NASA的双子计划，它的尺寸范围为1到5kWe，用于汽车和公共汽车等交通工具。

与其他类型的燃料电池相比，pemfc在给定体积或重量的燃料电池下产生更多的电能。这种高功率密度的特性使它们小巧轻便。

在所有燃料电池技术中，PEMFC的工作温度最低，约为90度，这需要高度净化的燃料来源。如果使用天然气作为来源，则需要对天然气进行“改造”以使其适合使用。

•pemfc目前只开发用于建筑

固体氧化物燃料电池(SOFC)

•“固体氧化物燃料电池”才刚刚商业化。

•使用硬陶瓷电解液可使工作温度高达980℃。高温允许更广泛的燃料类型。

SOFC将适用于从家庭单元到1MWe容量的广泛应用。+燃料灵活性(包括天然气)

燃料电池在英国

安装热电联产燃料电池的例子很少。沃金公园休闲中心是英国2003年建成的第一家氢燃料电池工厂。这个200kwe的系统被设计用来支持公共游泳池的加热和电力系统以及沃金公园的照明。产生的多余热量被用来为中心的空调、冷却和除湿需求提供动力，通过热燃烧吸收冷却。此外，该热电联产站亦为康乐中心提供能源服务，剩余的电力将输往委员会辖下的庇护房屋计划。该项目总热电联产能力为1.2 MWe和1.6 mth，由热、冷冻水管和专用电线连接。

扩大燃料电池的使用

•从目前分散在全国电网的集中式发电逐渐转向更分散的网络，可能会为燃料电池提供一个利基市场，特别是从长期来看，当更大比例的能源供应来自可再生能源时。

•燃料电池系统的广泛采用将需要一个有效的立法框架，标准和实践规范的商业制造，规划，安全操作和维护。

电影

伯明翰大学领导燃料电池研究。考验你的耐力来理解这里的科学:

沃工康乐中心的燃料电池CHP

进一步的信息

•燃料电池:在线燃料电池信息资源(www.fuelcells.org）
•燃料电池知识(www.fuelcellknowledge.org）

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