熔融碳酸盐燃料电池工作原理
熔融碳酸盐燃料电池工作原理
熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）是一种高温燃料电池，其原理基于碳酸盐的导电性质。相比其他类型的燃料电池，MCFC具有较高的效率和较低的碳排放，因此被广泛研究和应用于能源领域。
MCFC的工作原理涉及到碳酸盐的离子导电性。碳酸盐是一种能够在高温下导电的化合物，当温度达到一定程度时，碳酸盐会分解成离子，其中包括氧离子（O2-）和碳酸根离子（CO3^-2）。这些离子在高温下能够在固体内部移动，因此MCFC的电解质通常由熔融碳酸盐组成。
MCFC的电解质通常由锂钡钠碳酸盐（LiBaNaCO3）等熔融盐混合物构成。在高温下，这些盐会熔化形成液态电解质。液态电解质中的离子能够在固体电极（阳极和阴极）之间进行传导，从而形成电流。
MCFC的阳极和阴极通常由钴氧化物和镍氧化物等催化剂构成。在阳极处，燃料（如氢气或甲烷）被供应，并与来自外部电路的电子反应产生氢离子（H+）。这些氢离子在液态电解质中移动，穿过电解质层，到达阴极。
在阴极处，氢离子与氧气反应生成水（H2O）。同时，阴极上的电子通过外部电路流回阳极，与燃料供应电路相连。这个过程产生的
电子流就是MCFC的输出电流。
MCFC的工作温度通常在600℃到700℃之间，这是为了保证碳酸盐的离子导电性。高温下，碳酸盐能够快速分解和重新组合，从而实现高效的离子传导。此外，高温还有助于提高催化剂的反应活性，从而提高电池的效率。
与其他类型的燃料电池相比，MCFC具有几个优势。首先，MCFC 不受氢气纯度的限制，可以直接使用含有杂质的燃料，如甲烷等。其次，MCFC的效率较高，可以达到60%以上，比传统的发电方式更加节能环保。此外，MCFC的碳排放量也相对较低，对环境的影响较小。
然而，MCFC也存在一些挑战和限制。首先，高温对材料的要求较高，需要耐高温和化学稳定性的材料来构建电池。此外，高温下的操作和维护也会增加系统的复杂性和成本。
总的来说，熔融碳酸盐燃料电池是一种基于碳酸盐离子导电性的高温燃料电池。通过利用碳酸盐的离子传导性和催化剂的作用，MCFC能够将燃料的化学能转化为电能，并具有高效率和低碳排放的优势。尽管面临一些挑战，但MCFC在能源领域的研究和应用前景仍然广阔。
熔融碳酸盐燃料电池工作原理
熔融碳酸盐燃料电池工作原理 熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）是一种高温燃料电池，其原理基于碳酸盐的导电性质。相比其他类型的燃料电池，MCFC具有较高的效率和较低的碳排放，因此被广泛研究和应用于能源领域。 MCFC的工作原理涉及到碳酸盐的离子导电性。碳酸盐是一种能够在高温下导电的化合物，当温度达到一定程度时，碳酸盐会分解成离子，其中包括氧离子（O2-）和碳酸根离子（CO3^-2）。这些离子在高温下能够在固体内部移动，因此MCFC的电解质通常由熔融碳酸盐组成。 MCFC的电解质通常由锂钡钠碳酸盐（LiBaNaCO3）等熔融盐混合物构成。在高温下，这些盐会熔化形成液态电解质。液态电解质中的离子能够在固体电极（阳极和阴极）之间进行传导，从而形成电流。 MCFC的阳极和阴极通常由钴氧化物和镍氧化物等催化剂构成。在阳极处，燃料（如氢气或甲烷）被供应，并与来自外部电路的电子反应产生氢离子（H+）。这些氢离子在液态电解质中移动，穿过电解质层，到达阴极。 在阴极处，氢离子与氧气反应生成水（H2O）。同时，阴极上的电子通过外部电路流回阳极，与燃料供应电路相连。这个过程产生的
电子流就是MCFC的输出电流。 MCFC的工作温度通常在600℃到700℃之间，这是为了保证碳酸盐的离子导电性。高温下，碳酸盐能够快速分解和重新组合，从而实现高效的离子传导。此外，高温还有助于提高催化剂的反应活性，从而提高电池的效率。 与其他类型的燃料电池相比，MCFC具有几个优势。首先，MCFC 不受氢气纯度的限制，可以直接使用含有杂质的燃料，如甲烷等。其次，MCFC的效率较高，可以达到60%以上，比传统的发电方式更加节能环保。此外，MCFC的碳排放量也相对较低，对环境的影响较小。 然而，MCFC也存在一些挑战和限制。首先，高温对材料的要求较高，需要耐高温和化学稳定性的材料来构建电池。此外，高温下的操作和维护也会增加系统的复杂性和成本。 总的来说，熔融碳酸盐燃料电池是一种基于碳酸盐离子导电性的高温燃料电池。通过利用碳酸盐的离子传导性和催化剂的作用，MCFC能够将燃料的化学能转化为电能，并具有高效率和低碳排放的优势。尽管面临一些挑战，但MCFC在能源领域的研究和应用前景仍然广阔。
燃料 电池
燃料电池 制作人：康媛 一、知识点回顾： 原电池正负极的判断方法 二、燃料电池： ①原理：将燃料和氧化剂(如:O2)反应所放出的化学能转化为电能。 ②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。 ③两极材料：惰性材料，只具导电性。 ④两极判断：负极：通入燃料气的一极 正极：通入O2或空气的一极 ⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。 ⑥高效、环境友好。 1. 氢氧燃料电池： （1）（-）Pt(H2) | H2SO4 | Pt(O2)（+） 负极：2H2 - 4e- ＝4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 总反应：2H2 + O2 ＝2H2O 思考：若介质为碱性环境呢？ （-）Pt(H2) | KOH | Pt(O2)（+） 负极：2H2 + 4OH-? 4e-＝4H2O 正极：2H2O + O2 + 4e-＝4OH- 总反应：2H2 + O2 ＝2H2O
总结： 燃料电池电极反应式的写法：总式→正极→负极 正极写法： 碱性/中性： O 2 + 4e - + 2H 2O ＝ 4OH - 酸性： O 2 + 4e - + 4H + ＝ 2H 2O 例1．(1)氢氧燃料电池以KOH 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将___减小_____，溶液的pH________减小___________。 (填“减小”、“增大”或“不变”) (2)氢氧燃料电池以H 2SO 4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将____减小____，溶液的pH____ _增大___。(填“减小”、“增大”或“不变”) 2. 甲烷燃料电池（一池多变）： 讨论：以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性介质(如H 2SO 4) 负极：CH 4－8e －＋2H 2O===CO 2＋8H ＋ 正极：2O 2＋8e －＋8H ＋ ===4H 2O 总反应式：CH 4＋2O 2===CO 2＋2H 2O (2)碱性介质(如KOH) 负极：CH 4－8e －＋10OH －===CO 2－ 3＋7H 2O 正极：2O 2＋8e －＋4H 2O===8OH － 总反应式：CH 4＋2O 2＋2OH －===CO 2－ 3＋3H 2O (3)固体电解质(高温下能传导O 2－ ) 负极：CH 4－8e －＋4O 2－ ===CO 2＋2H 2O 正极：2O 2＋8e －===4O 2－ 总反应式：CH 4＋2O 2===CO 2＋2H 2O (4)熔融碳酸盐(如熔融K 2CO 3)环境下 负极：CH 4－8e －＋4CO 2－ 3===5CO 2＋2H 2O 正极：2O 2＋8e －＋4CO 2===4CO 2－ 3 总反应式： CH 4＋2O 2===CO 2＋2H 2O 特备注意：要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H +、OH -、H 2O ，以遵循电荷守恒和质量守恒。 例1. 甲醇燃料电池容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备 的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型，下列有关说法正确的是( ) A ．Y 极为电池的负极 B ．X 极的电极反应式： CH 3OH ＋H 2O －6e －===CO 2＋6H ＋ C ．若常温下用该电池电解100 mL KCl 溶液至pH ＝12时，电池质子交换膜迁移的A 为0.01 mol D ．空气以20%为氧气计算，X 极每消耗1 mol 甲醇，Y 极必消耗168 L 空气中的氧气 答案 B 解析 根据X 极、Y 极所通入的物质，可以判断，X 极为负极，Y 极为正极，其电极反应式 为X 极(负极)：CH 3OH ＋H 2O －6e －===CO 2＋6H ＋；Y 极(正极)：32 O 2＋6e －＋6H ＋ ===3H 2O 。C 项，2KCl ＋2H 2O=====电解2KOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，n (OH －)＝0.01 mol·L －1×0.1 L ＝10－ 3 mol ，所以电池质子交换膜迁移 的A(H ＋ )应为0.001 mol ；D 项，没有给出氧气所处的条件，不能求出氧气的体积。
ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐
燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的高效电池，其电极反应直 接影响着电池的性能和稳定性。而在燃料电池中，ch4燃料电池电极 反应式熔融碳酸盐作为一种重要的材料，在电极反应过程中发挥着重 要作用。 让我们来了解一下什么是ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐。在燃 料电池中，使用熔融碳酸盐作为电解质的燃料电池被称为碳酸盐燃料 电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）。ch4燃料电池电极 反应式熔融碳酸盐则是指在MCFC中使用甲烷（CH4）作为燃料，并通过电极反应将其转化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）的过程。 在ch4燃料电池中，电极反应式熔融碳酸盐的性质和反应机制对燃料 电池的性能和稳定性至关重要。这涉及到电极反应的速率、效率和稳 定性等方面。对熔融碳酸盐的性质和电极反应机制有深入的了解至关 重要。 具体来说，熔融碳酸盐具有高离子导电性能和较低的固体电解质阻抗，这使得在高温条件下，燃料电池能够发挥出更高的性能。而对于ch4 电极反应来说，理论上它可以将甲烷直接氧化为CO2和H2O，并释 放出电子，从而产生电能。在ch4燃料电池中，电极反应的速率和效 率直接影响着电池的功率密度和能量转化效率。 另外，熔融碳酸盐在反应过程中也会受到一些影响，比如碳偏析、金
属沉积以及电极的稳定性等问题。对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究中，需要综合考虑材料的选择、电极结构的设计以及高温环境下的稳定性等方面的因素。 对于ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐的研究和理解，需要全面考虑材料性质、反应机制、电极结构以及高温环境下的稳定性等多个方面。在未来，通过更深入的研究，可以进一步提高燃料电池的效率和稳定性，从而推动燃料电池技术的发展和应用。 对于我个人来说，我认为ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为燃料电池的重要组成部分，其研究和应用将对清洁能源技术产生深远的影响。随着我对这一主题的深入研究和了解，我对燃料电池技术的前景和潜力有了更加全面、深刻和灵活的理解。 ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为一种重要材料，在燃料电池中发挥着重要作用。通过对其深入的研究和理解，可以进一步推动燃料电池技术的发展和应用，为清洁能源领域带来更多的可能性。希望未来能够有更多的科研机构和企业投入到这一领域的研究中，共同推动燃料电池技术的发展。燃料电池技术作为清洁能源领域的一个重要方向，一直备受关注。在过去几年里，人们对于燃料电池的研究和应用不断取得了突破，使得其在交通、电力等领域的应用日益广泛。在这个过程中，ch4燃料电池电极反应式熔融碳酸盐作为一个重要组成部分，一直受到科研机构和企业的密切关注。
熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池： 1,工作原理：负2H2+2CO32- →2CO2+2H2O+4e- CO3穿过膜由正到负极，正O2+2CO2+4e-→2CO3 e-由负极经负载到正极总2H2+O2→2H2O 2关键材料 隔膜：作用-隔离阴阳机；碳酸盐的载体；隔绝H2和O2的不透层 要求-较高机械强度；耐高温熔盐腐蚀；工作状态下隔膜中充满电解质，并具有良好保持电解质性能。具有良好离子导电，电子绝缘性能 正负极：作用-良好催化作用，使电解液在隔膜，阴阳极间良好分配 要求-抗熔融盐腐蚀，良好催化性能，与隔膜有良好孔匹配 双极板：作用-分配氧化剂与还原剂，并提供气体流动通道，同时起集流导电作用要求-良好集阻气功能，良好导电集流功能 4所选材料：隔膜LiAlO2 负极材料参杂AL Cr合金的Ni 正极材料NiO 双极板：不锈钢，镍基合金钢 固体氧化物燃料电池 1工作原理负2H2+2O2-→2H2O+4e- O2-穿过膜由正极到负极 正O2+4e-→2O2- e-由负极经负载到正极 总2H2+O2→2H2O 2 关键材料：正负极材料，电解质，电池堆，连接及密封材料 3作用及基本要求： 电解质：作用-隔离氧化剂与还原剂给O2-提供通道 要求-致密薄膜，良好稳定性，较高离子导电，无电子导电负极材料：YSN：支撑，对H＊还原有催化作用；提供通道，使Ni均匀分布 Ni-YSN：稳定性好；高导电率；与电解质有良好相容性和热膨胀匹配性；催化性能好；高透气性 正极材料：作用-增大催化反应面积，传导电子，支撑 要求：多孔性，高导电性，与固体电解质有高化学和热相容性及相近的膨胀系数，催化性能好，稳定性好。 连接材料：作用-连接阴阳极，分离燃料与氧化剂，构成流场，导电要求，良好力学性能，良好化学稳定性，高电导率，接近YSZ的热膨胀系数 密封材料：作用-起组件与双极连接间密封作用 要求-高温下密封性好，稳定性高，与固体电解质及连接板材料热膨胀系数相近，兼容性好 4所选材料：电解质：易稳定的氧化铝YSZ 阳极材:Ni-YSN 阳极材料,LSM 连接材料：LCC及Cr-Ni合金 密封材料：Prery玻璃，玻璃/陶瓷复合材料 锂离子电池 1工作原理：正LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe- 充电时Li+由正极到负极 负C+xLi++xe-→LixC e-由正极→负极，其中Li+为可逆嵌入与脱嵌2基本组成：正极，负极，电解液 3组成材料：负极材料为石墨（附着在负极铜箔两侧 正极材料为LiCoO2（附着在铅箔上） 电解液：电解质锂盐LiPF6 质子交换膜燃料电池
甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式
甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式 一、引言 甲烷熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高效率、低排放的能源转换设备，其电极反应式是整个电池工作中至关重要的一部分。本文将从深度和广度两个方面对甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式展开全面评估，并撰写有价值的文章。 二、基础知识 1. 甲烷熔融碳酸盐燃料电池 甲烷熔融碳酸盐燃料电池是一种以碳酸盐为固态电解质，以甲烷与二氧化碳为气体燃料，氧气为氧化剂进行电化学反应的能源转换装置，其主要反应包括燃烧反应和电化学反应两部分。 2. 电极反应式 电极是甲烷熔融碳酸盐燃料电池中的重要组成部分，电极反应式是指在电极上发生的与电流流过电极的过程中同时进行的化学反应。对于MCFC电极反应式的深入研究，可以帮助我们更好地了解电池的工作原理和性能特点。 三、电极反应式的研究现状 目前关于MCFC电极反应式的研究主要集中在提高反应速率、降低电极极化、延长电极寿命等方面。研究发现，电极材料的选择、催化剂
的设计以及反应条件的优化都对电极反应式有着重要的影响。 四、MCFC电极反应式的探讨 1. 甲烷氧化反应 在MCFC的阳极电极上，甲烷氧化反应是一个关键的过程。甲烷通过内部反应转化为一氧化碳和氢气，然后再与碳酸盐离子发生电化学氧化反应。这一过程中，催化剂的设计和反应温度的控制对甲烷氧化反应的效率有着重要的影响。 2. 氧还原反应 在MCFC的阴极电极上，氧还原反应是一个关键的过程。电极对氧气的吸附和还原过程影响着整个电池的性能。目前，研究人员通过设计高效的氧还原催化剂，提高氧还原反应的速率，并减少电极极化。 五、个人观点和理解 对于MCFC电极反应式的研究，我认为应该注重不仅是反应速率的提高和电极极化的降低，还应该关注电极材料的稳定性和寿命。利用先进的材料设计和制备技术，可以进一步优化MCFC电极反应式，提高电池的能量转换效率。 六、总结与展望 通过对甲烷熔融碳酸盐燃料电池电极反应式的深度评估，我们可以更好地理解MCFC的工作原理和优化方法。未来，随着材料科学和电化
燃料电池种类工作原理及结构
燃料电池 燃料电池(FuelCell)是一种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。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出來。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。 燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由阳极进入供给燃料，氧气(或空气)由阴极进入电池。 电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子(proton)与电子(electron),其中质子进入电解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程，因此水是燃料电池唯一的排放物。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种”发电机阳极反应比一2竹 +2幺 阴极反应2//+ +2e + -O2T H?O 总反应2H2+O^2H2O 伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。 燃料电池的分类 1按燃料电池的运行机理分 根据燃料电池的运行机理的不同，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。例如磷酸燃料电池(PAFC)和液态氢氧化钾燃料电池(LPHFC)o 2按电解质种类分 根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质的燃料电池。即碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。在燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC) 可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应燃料电池电动汽车(FCEV)使用的要求，更加具有竞争力。 3按燃料类型分 燃料电池的燃料有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料和汽油、柴油以及天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。根据燃料电池使用燃料类型的不同，可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池和再生型燃料电池。 4按工作温度分
燃料电池电极材料简述
燃料电池电极材料简述 By 小叶好的 摘要 本文分别简述了五种燃料电池的点击材料的发展状况。分别从质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池五种类型分别对电极材料进行简述，并结合最新的前沿研究对燃料电池电极材料进行简单的论述。 关键词 燃料电池正极材料负极材料电极 燃料电池是一种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。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。 一．质子交换膜燃料电池 质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。 在质子交换膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和质子能够渗透但不导电的NafionTM ，而电极基本由碳组成。氢流入燃料电池到达阳极，裂解成氢离子（质子）和电子。氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子通过外部网路流动，提供电力。以空气形式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合形成水。在电极上的这些反应如下：阳极：2H2→ 4H+ + 4e- 阴极：O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O 整体：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反应能正常地缓 慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。 这种电极/电解质装置通常称做膜电极装配（MEA），将其夹在二个场流板中间便能构成燃料电池。这二个板上都有沟槽，将燃料引导到电极上，也能通过膜电极装配导电。每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。 二．固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 一、MCFC概述 1．1 燃料电池简述 燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。总体上，燃料电池具有以下特点： (l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 (2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。 (3) 环保问题少。 (4) 负荷应答速度快，运行质量高。 图 1-1 燃料电池结构示意图 由于FC具有以上显著的优点，在50~60年代呈现第一个研制高峰，那时侧重于发展碱性FC，尽管后来未曾象预期的那样在交通工具及大型电厂获得应用，但是FC在航天飞行中取得的成功足以证明它所具有的突出优点。70年代初，由
于投资减少，FC研究进入低潮。70年代末，由于材料科学的进展和世界性的能源紧缺，开发新的发电技术，提高石油、天然气和煤炭等矿物燃料的利用率又成为人们关注并具有深远意义的课题，这样FC研究又呈现第二个高潮，此时则侧重于发展磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。现在，燃料电池作为继水力、火力和原子能之后的第四代电源止受到世界的瞩目。 1．2 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，首字母缩写为MCFC)，通常被称为第二代燃料电池，因为预期它将继磷酸盐燃料电池之后进入商业化阶段。MCFC的工作温度为873~923K，因而，与低温燃料电池相比，有几个潜在优势。首先，在MCFC的工作温度下，燃料(如天然气)的重整可在电池堆内部进行，既降低了系统成本，又提高了效率;其次，电池反应高温余热可用于工业加工或锅炉循环;第三，几乎所有燃料重整都产生CO，它可使低温燃料电池电极催化剂中毒，但却可成为MCFC的燃料。MCFC的缺点是在其工作温度下，电解质的腐蚀性强，阴极需不断供应CO2。 MCFC的研究开发始于1950年，其后近半个世纪时间内，在电极反应机理、电池材料、电池性能和制造技术等方面，均取得了巨大进展，规模不断扩大，几年前即己达到100kw水平，目前已达到250~2000kw。 与低温燃料电池相比，MCFC的成本和效率很有竞争力。PAFC和PEMFC都需要贵金属催化剂，重整富氢燃料中的CO也需要去除。而在高温，H2的反应活性高，可以使用非贵金属作电化学催化剂。尽管提高反应温度使电池理论效率降低，但同时也降低了过电位损失，实际效率是提高了。 MCFC的工作温度足够产生有价值的余热，又不至于有过高的自由能损失(MCFC的理论开路电压比SOFC高100mV)。余热可被用来压缩反应气体以提高电池性能;用于燃料的吸热重整反应;用于锅炉，或用于供暖。 MCFC的一个最主要优点是可以内部重整。甲烷的重整反应可以在阳极反应室进行，重整反应所需热量由电池反应提供。在内部重整的MCFC中，空速较低，重整反应速率很适当。但硫和微量碳酸盐可使重整催化剂中毒。 目前MCFC已初步进入商品化阶段，它将成为未来大型发电的主力之一。尽管MCFC在反应动力学上有明显的优势，但其高温运行带来的熔盐腐蚀和密封等问题，阻碍了它的快速发展。 二、MCFC发电原理及特性 2．1 发电原理
葡萄糖燃料电池熔融碳酸盐
葡萄糖燃料电池熔融碳酸盐 葡萄糖燃料电池是一种利用葡萄糖作为燃料的电池，它可以将葡萄糖中的化学能转化为电能。而熔融碳酸盐则是葡萄糖燃料电池中常用的电解质材料。本文将从葡萄糖燃料电池的原理、熔融碳酸盐的特性以及其在电池中的应用等方面进行探讨。 葡萄糖燃料电池的原理是通过将葡萄糖在阳极处氧化，产生电子和质子，电子流经外部负载形成电流，质子则穿过电解质传输到阴极处，与氧气发生还原反应形成水。葡萄糖燃料电池具有高能量转化效率、低污染和可再生等特点，因此受到了广泛关注。 熔融碳酸盐是一类具有熔点较低的碳酸盐化合物，常见的有碳酸锂、碳酸钠等。它们具有较好的离子传导性能和化学稳定性，能够提供较高的质子传输速率和较低的电阻。因此，熔融碳酸盐被广泛应用于葡萄糖燃料电池中作为电解质材料。 在葡萄糖燃料电池中，熔融碳酸盐起到了关键的作用。首先，它能够有效地传导质子，使得质子能够在阳极和阴极之间快速传输，提高电池的效率。其次，熔融碳酸盐具有较低的电阻，可以降低电池的内阻，提高电池的输出功率。此外，熔融碳酸盐还能够抑制阳极氧化反应的副反应，延长电池的使用寿命。 熔融碳酸盐作为电解质材料，还具有很好的热稳定性和化学稳定性。在高温条件下，熔融碳酸盐仍然能够保持良好的离子传导性能，不
会发生蒸发或分解等现象。同时，熔融碳酸盐也具有较好的化学稳定性，能够抵抗酸碱等外界环境的影响，提高电池的使用寿命。 尽管熔融碳酸盐在葡萄糖燃料电池中具有许多优点，但也存在一些挑战和问题。首先，熔融碳酸盐的熔点较高，需要较高的工作温度才能使其达到熔融状态，增加了电池的制造成本。其次，熔融碳酸盐具有较高的粘度，会增加电池内部的电阻，降低电池的输出功率。此外，熔融碳酸盐还存在着腐蚀性较大的问题，对电池材料和组件的稳定性提出了一定的要求。 为了克服上述问题，研究人员正在积极寻找新型的电解质材料，以提高葡萄糖燃料电池的性能。例如，可以尝试使用固体氧化物燃料电池中常用的氧化物陶瓷电解质材料，如氧化锆、氧化钇稳定的碳酸盐等。这些材料具有较好的离子传导性能和化学稳定性，能够满足葡萄糖燃料电池的要求。 葡萄糖燃料电池利用葡萄糖作为燃料，熔融碳酸盐作为电解质材料，能够高效地将化学能转化为电能。熔融碳酸盐具有良好的离子传导性能和化学稳定性，能够提高电池的效率和使用寿命。尽管存在一些挑战和问题，但通过寻找新型的电解质材料，葡萄糖燃料电池有望进一步提高性能，推动其在能源领域的应用。
熔融碳酸盐燃料电池原理
熔融碳酸盐燃料电池原理 MCFC的工作温度通常在600℃到700℃之间，相较于低温燃料电池，高温使得MCFC能够更好地处理燃料污染物，例如二氧化碳和硫化物。此外，高温有助于提高反应速率和电导率，增强电池性能。 MCFC的核心部件有两个电极：一个阴极和一个阳极。熔融碳酸盐溶液被用作电解质，阴极和阳极被浸泡在这个溶液中。 在MCFC中，燃料（如天然气或煤气）和氧气同时进入电池。在阳极上，气体（通常为二氧化碳和水蒸气）被催化剂分解成碳气体（气态的一氧化碳和二氧化碳）和氢气离子。这些氢气离子通过电解质传导到阴极。 在阴极上，氢气离子与氧气反应生成水蒸气和碳酸根离子，在此反应中释放的电子将通过外部电路流动回阳极与氧气匹配，并在电路中的负载上产生电能。 最后，生成的水蒸气与进入电池的燃料气体共同通过融化电解质传输再次返回阳极，重新开始循环。 MCFC的反应如下： 阳极反应：H2+CO3^2-→H2O+CO2+2e^- 阴极反应：1/2O2+CO3^2-→CO2+1/2O2+2e^- 总反应：H2+1/2O2→H2O 1.高效能量转化：由于高温操作，MCFC具有较高的能量效率，可以达到60%以上。
2.适应性强：MCFC可直接使用天然气、煤气或生物质气体等各种气 体作为燃料，灵活性高。 3.高承受电流：由于高温下电解质的高离子电导率，MCFC能够承受 高电流密度并稳定运行。 4.对污染物的耐受性：MCFC能够耐受少量的碳氢化合物和硫化合物，减少了前处理的需求。 5.可回收利用废热：由于高温操作，MCFC可以通过余热回收提供蒸 汽和热能，增加整体能量利用效率。 然而，MCFC也存在一些挑战和限制： 1.材料选择困难：由于高温和碱性环境的腐蚀性，需要开发合适的材 料来抵抗腐蚀和降低金属材料的漂移。 2.稳定性问题：碳酸盐电解质的融点较高，对电池稳定性提出了要求，需要进一步改进稳定性。 3.高启动温度要求：MCFC需要较高的工作温度，这意味着需要较长 的预热时间和较高的能耗。 4.高成本：高温操作使得MCFC的制造成本较高，需要用于应对高温 的耐受材料和设备。 尽管MCFC还存在一些挑战和限制，但其高能量效率和对多种燃料的 适应性使得它在能源转换方面有巨大的潜力。在未来的研究中，我们可以 期待通过改良材料、提高稳定性和降低成本来进一步推动MCFC的发展和 应用。
熔融盐燃料电池
熔融盐燃料电池 23.熔融碳酸盐燃料电池（MCFS ），发明于1889年，上世纪的 30~60年代在荷兰 得到广泛的发展，而且建成了寿命超过 40000小时的电池，可应用于中心电站。现 有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例 Li 2CO 3和Na 2CO 3低熔混合物为电解质。操作 温度为650C,在此温度下以镍为催化剂，以煤气（ CO 、H 2）直接作燃料，其工作 原理如图所示。请回答下列问题： （1） B 极为 _____ 极，发生 _________ （填“氧化”或“还原”）反应，该极发生的 电极反应为 _______________________________ ; （2） 电池总反应为 _________________________ 。 23. （1）正 还原 2CO 2+O 2+4e = 2CO 3 （2） CO+H 2+O 2 CO 2+H 2O 13. MCFC 型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为 600C 左右，所用燃 料为 出，电解质为熔融的 K 2CO 3,已知：电池的总反应为 2H 2+O 2====2H 2O （该电 池放电的过程中 CO 2被循环使用），则下列有关该电池的说法正确的是（ ）。 A .该电池的正极反应式为： 4OH +4e ===O 2+2H 2O B .该电池负极反应为： H 2+CO 32 — 2e ===H 2O+CO 2 C .当电路中通过 a mol 电子时，则该电池理论上可供应 18a g 水蒸气 D .放电时CO 32— 向正极移动 21.（ 6分）熔融碳酸盐燃料电池（ MCFS ），发明于1889年，上世纪的30~60年 代在荷兰得到广泛的发展，而且建成了寿命超过 40000小时的电池，可应用于中心 电站。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例 LI 2CO 3和Na 2CO 3低熔混合物为电解 质。操作温度为650C,在此温度下以镍为催化剂，以煤气（ CO 、H 2）直接作燃料， 其工作原理如图所示。请回答下列问题： （1） B 极为 _____ 极，该极发生的电极反应为 ____________________________ ; （2） ___________________________________________________ 电池总反应为 。 C0+H 2' 4e 4e 1 r2CO^ fi50°C I / 片 02 2C02 B H 2
熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池 燃料电池简介 一、发展进程 燃料电池的原理始见于1839年Grove发表的氢和氧反映可发生电的论文,但长期未受到重视。直到二十世纪六十年代适应宇航事业 的需要才开始应用,并非惜工本开发出高性能的燃料电池。1967年美国将它列人TARGET计划(天然气转换研究计划),着手开发以天然气为燃料的民用燃料电池发电,日本的大阪和东京煤气公司亦参与了这一计划。 七十年代这种污染少而发电效率高的技术受到了多方重视。但除磷酸盐型燃料电池开发较快外,熔融碳酸盐型燃料电池和固体电解质型燃料电池因难度很高,所需燃料氢的开发尚未很好解决,因此进展不快。直到1981年列人日本月光计划中的大型节能技术项目后,除将磷酸盐型电池列人扩大实验和应用开发计划外,将碳酸盐型电池进行工业应用实验,固体电解质型电池则从基础研究开始,进行了长期系统的研究。 二、大体原理和特点 l、大体原理是水电解后生成氢和氧的逆反映。即氢和氧燃烧时所产生的吉布斯自由能直接变成电能。由于不通过常规发电流程中的热能和机械能的转换环节,故发电效率较高,污染少。 二、它和一般蓄电池大体相似,由正极、电解质和负极等大体元件组成。不同的是蓄电池用完后需通过充电来恢复功能,而它只要不断供人氢和氧就可不断发电。开、停方便,适于做调峰负荷. 3、扩大规模时只是将若干个大体元件组叠加和串接组合即可。其效率不受规模大小的影响,故适于孤岛和生活区的独立电源。 4、由于反映温度高,可利用余热供热;用于生活民历时,还可简化送配电系统,减少转电损耗。 五、电池本体无可动部份,加上附属系统的整体可动件亦少,无噪音污染。 三、燃料电池的应用前景 燃料电池用于军事、航天等尖端技术领域,经济上的考虑是第二位的,但作为