甲烷燃料电池原理及介绍

燃料电池能够应用的领域相当广泛，包括电力、工业、运输、太空、军事、通讯产品等等，下面我们一起来看看甲烷燃料电池原理及介绍。

    甲烷燃料电池原理及介绍

    发电原理

    燃料电池严格来说并非电池，算是发生电化xue反应的媒介，一种发电装置。因为所参与电极反应的活性物质不能储存于电池内部，而是由电池之外供应，所以只要燃料xue不断输入，电力就会不断的输出。

    燃料电池的主要燃料通常以氢气为主，氢气与氧气通过电化xue反应发生氧化作用输出电能、纯水和热量可以看出由于直接将化xue能转化为电能，不需要经过多次转换，而且没有卡诺循环的限制，所以节省了转换为机械能浪费的能量损失，因此比内燃机多了30%以上的能量转换效率，目前效率可达70%,若加上热回收利用，更可高达85%，渴望成为最具经济效益的能源。

    燃料电池的基本原件是两个电极夹着一种具有渗透性的电解质，两电极通常加入碳粉、铂等触媒作为催化剂加速氢、氧分子分解为电子及离子，电解质作为离子的通道用，其传输效率越高则电流密度越高；而电解质对于电子的传输效果差，所以电子由外接电路传输。

    电池分类

    现今燃料电池出现多种形式，人们依据电解质的不同将燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池以及甲醇燃料电池等。也有依据操作温度的高低来区分为高温型（＞300℃）、中温型（150~300℃）以及低温型（＜150℃），但通常以电解质类型来区分。以下针对一些燃料电池作简单说明：

    碱性燃？电池

    最早是在1925年由Dr.FrancisThomasBacon开始发展，一般被运用于人工卫星、航天及军事等用途上。因氧气在碱性溶液中的活性大于在酸性溶液中，所以可以使用非贵？属如银、镍等作为电极材？。但电解质溶液为强碱会与空气中的二氧化碳生成碳酸盐而沉积在多孔电极上造成堵？，所以须以纯氢气作为阳极燃？，以纯氧气作为阴极的氧化剂。

    磷酸燃？电池

    有第一代燃料电池之称。使用浓磷酸为电解质的酸性溶液燃？电池，所以电池性能？受二氧化碳的影响，因此可将空气直接提供给阴极。目前大？运用在发电机组上，虽已商业化生产，但因为成本始终居高？下，而未能普遍。

    熔融碳酸盐燃？电池

    碱金属碳酸盐只有在熔融状态时，才能发挥离子传导的功能，所以操作温度须在熔点以上。在操作温度下，阴极的二氧化碳与氧气发生反应形成CO32-，CO32-经电解质导引至阳极与氢气反应，生成二氧化碳及水蒸气。二氧化碳经阳极回收后，可再循环至阴极使用。由于熔融盐燃料电池反应容易，不需以昂贵的金属作为触媒，使用镍及氧化镍即可。

    固态氧化物燃？电池

    固态氧化物燃料电池有第三代燃料电池的称号，电解质为固态、无孔隙的金属氧化物，由氧离子在晶体中穿梭来传送离子，电池本体材料局限于陶瓷或金属氧化物。目前技术已进入成熟稳定阶段，但仅有少数材料可于高温下长期运转且价格昂贵，因此有朝中温型电池的方向发展的趋势。

    质子交换膜燃料电池

    水是内部唯一的液体，虽无腐蚀的问题，但水的管？是影响燃？电池工作的重要因素。由于薄膜必须含水，所以燃料电池的操作温度必须限制在水的沸点一下，且水的产生速率需高于挥发速率，使薄膜保持充分含水的？态。

    直接甲醇燃？电池

    目前氢气大多来自于甲醇的蒸汽重组，因此近？来有人将之改良成直接使用甲醇做为燃？的燃料电池。

    甲烷燃料电池

    甲烷是无色、无味的气体是最简单的有机物，别名：天然气，沼气。也是含碳量最小（含氢量最大）的烃，是沼气，天然气，瓦斯，坑道气和油田气的主要成分，对空气的重量比是0.54，比空气轻约一半。甲烷溶解度很小，燃烧时产生明亮的深蓝色火焰。有轻微的毒性。

    实验室中可用醋酸钠与氢氧化钠混合加热生成碳酸钠与甲烷的方法来制备少量甲烷。大量制备甲烷，可将有机质放入沼气池中，控制好温度和湿度，经过甲烷菌快速繁殖，将有机质分解成甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢、一氧化碳等，其中甲烷占60%-70%。经过低温液化，将甲烷提出，可制得廉价的甲烷。

    甲烷燃料电池是化电池中的氧化还原电池，就是用沼气（主要成分为CH4）作为燃料的电池，与氧化剂O2反应生成CO2和H2O。反应中得失电子就可产生电流从而发电。美国科家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能，其效率高、污染低，是一种很有前途的能源利用方式。但传统燃料电池使用氢为燃料，而氢既不易制取又难以储存，导致燃料电池成本居高不下。科研人员曾尝试用便宜的碳氢化合物为燃料，但化反应产生的残渣很容易积聚在镍制的电池正极上，导致断路。美国科家使用铜和陶瓷的混合物制造电池正极，解决了残渣积聚问题。这种新电池能使用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5种物质作为燃料。