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燃料电池及其在绿色能源革命中的作用

来源:随意的风sydf | 编辑:随意的风sydf | 2021年4月6日() | 打印内容 打印内容

未来的能源系统必须设计成能够应对气候变化,以及应对不断增长的能源需求以及日益增长的世界人口的交通和能源需求等社会挑战。燃料电池可能是这个难题的重要组成部分。

燃料电池技术的潜力令人信服,氢作为整个能源系统中的存储介质也是如此。使用和推广该技术的强烈论据是高可靠性、可扩展性以及使用可再生能源的能力。

凭借其模块化设计,燃料电池系统可轻松适应输出功率与需求的匹配,其低维护要求和低运行成本也使其具有吸引力。此外,燃料电池技术已准备好推向市场并适合商业用途。快速发展的市场为零排放燃料电池技术提供了良好的增长机会。

燃料电池如何工作

与内燃机相比,燃料电池的工作方式有所不同。它们将燃料的化学能直接转化为电能,然后可用于驱动越来越多的电气系统。这种转换比内燃机更有效,因为省去了常规能量转换器(热机)所需的中间热机械步骤。

当所使用的燃料是可再生产生的氢气时,就会产生最大的加分值,因为它可使污染物和对气候造成破坏的气体排放量都减少到零。这样,燃料电池具有巨大的潜力,可以成为推进和能源系统脱碳的必要技术组件。

低温质子交换膜燃料电池或PEM(有时称为聚合物电解质膜燃料电池)目前代表着最合适的技术,用于开发和发展罗尔斯·罗伊斯动力系统产品组合。这种低温燃料电池具有很高的功率密度,即使是很小的单元也可以实现可观的输出。

低温燃料电池的最高工作温度约为100摄氏度,对材料和人员的危害最小,而高温燃料电池则可达到250摄氏度至1,000摄氏度。与其他类型的PEM相比,PEM具有良好的负载跟踪特性,因此它可以在几秒钟内响应电源需求的变化。

紧凑型PEM燃料电池的一个优点是其非常高的电效率。它们通常使用氢燃料作为燃料。但是,它们可以使用多种烃类燃料(例如甲醇,柴油或天然气)运行。这是通过使用众所周知的重整技术将燃料转化为氢气来实现的。这为PEM燃料电池提供了非常广泛的应用领域。

PEM燃料电池是一种原电池,可以使燃料和氧化剂(通常是空气)发生电化学反应,以产生电和废气(图1)。它运行安静,没有太多的振动。类似于电池,燃料电池也产生直流电压。然而,与电池不同,燃料电池需要恒定的燃料和氧化剂流入。

对于PEM燃料电池,化学过程发生在电极(阳极和阴极)之间,其中正离子(质子)从阳极迁移到阴极,并且电子通过电从阳极向外传导到阴极导体。该过程的产物是可以提取和使用的电能。电极涂有铂或钯催化剂,并通过电解质彼此隔开。没有催化剂,氢和氧将不会发生反应以产生热量和电能。电解质由离子导电膜组成,重要的是该膜对于质子而言是可渗透的,而对于电子而言则不可渗透。

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