三、中溫型燃料電池
目前磷酸類燃料電池(PAFC)是開發時間最長、具有最先進技術的燃料電池。80年代,IFC(國際燃料電池公司)決定對其前期商業化生產線進行投資,製造和銷售200kW的PAFC裝置,並將其投入市場。東芝公司在80年代末就已經努力使PAFC技術進入商用市場。從此,PAFC技術就一直在靜止燃料電池的市場中占據著顯赫的位置。迄今為止,全球已經安裝了500多台套PAFC燃料電池裝置。
研究表明,這種燃料電池未能實現市場商業化的原因大致有以下幾方麵:
(1)電效率最高為40%,超過維修期限後會降到35%甚至更低水平。通常情況下設備的使用期限不超過20000運行h。
(2)有些試驗性的設備如東芝公司管理的1套11MW設備未能達到頂期的性能水平。
(3)美國和日本政府大幅度削縮用於PAFC技術研究和開發的投資。
(4)從迄今積累的經驗及在改善設計參數和降低產品成本方麵的潛力來看,讓PAFC技術成功地躋身於當今的市場中的可能性是極低的。
四、高溫燃科電池
1.高溫型燃料電池的特點
高溫型燃料電池具有許多適於在靜止式裝置上使用的特性。但是在高溫型燃料電池產生出電能之前需要較長的加熱過程,因而這種技術不能應用於要求在短時間內頻繁起動的各種實用裝置。此外,高溫型燃料電池還具有以下特點:
(1)不需要使用貴金屬來催化電化學反應。一般情況下使用陶瓷材料。
(2)對CO完全沒有限製。CO參加到電化學反應過程並像H2一樣被氧化。
(3)對燃料表現出高度靈活性。可以給這類燃料電池發電設備供應天然氣,天然氣在設備內部被轉換成H2和CO。這意味著無需任何外部燃料,從而大大簡化了發電設備的平衡問題。
(4)高溫可以將燃氣輪機連接到該係統上,在這種情況下,燃料電池發電設備是在300kPa壓力下運行,並在不考慮燃氣輪機輸出的情況下將燃料電池的功率密度提高約20%,因此使總的電效率提高10%,可成倍地降低使用期限成本。
(5)較高的運行溫度也為排熱提供了更多的靈活性。在電效率達60%或更高水平的聯合循環係統中可限製廢熱排放,而在單循環下則會排放出更多的熱量。
2.高溫燃科電池技術
MCFC和SOFC是這類高溫型燃料電池的2種技術。它們使用的材料不同。MCFC是在一隻陶瓷容器中放入液態的金屬碳酸鹽作為電解液,如果沒有采取防止電極老化的措施,燃料電他的使用壽命會受到影響。
在MCFC中電化學反應是由CO3離子引發的。MCFC采用的是頰型電池,和SOFC型的管形設計方案相比,這種頰型電他的功率密度要稍微高一些。這在成本上要比SOFC型裝置優越。但在另一方麵,由於SOFC所用的陶瓷材料非常穩定,可以用在950-1000℃範圍內,所以SOFC裝置在抗老化性能上更具優越性。到目前為止,所有的長期電池試驗和正在運行的試驗性機組都表明SOFC型裝置的使用壽命可以達到70000-80000h,是MCFC型的2倍。