磷酸燃料電池技術及其原理

磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC）是以濃磷酸為電解質，以貴金屬催化的氣體擴散電極為正、負電極的中溫型燃料電池。可以在150～220℃工作。具有電解質穩定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被CO毒化等優勢，是一種接近商品化的民用燃料電池。

磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后送到改質器，把燃料轉化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成H2和CO2。經過如此解決后的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極)，同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應，借助觸媒劑的作用迅速萌生電能和熱能。

陽極反應：H2+2e- →2H+

陰極反應：1/2O2+2H+ → H2O+2e-

總反應： 1/2O2 +H2 → H2O

電池本體(即單個電池)的輸出電壓在無負荷的狀態下，為1[V]程度。提高電流密度，通常設計以0.6—0.7[V/單個電池]為額定值。無負荷狀態與實際電壓的差作為熱能而放出。并且，電池本體的發電效率不決定于電池面積，所以，燃料電池本質上即使是下容量的，也是高效率的。實際使用上是按輸出的需要，把數十個以至數百個電池本體串聯而積成為電池包合體(stack)的。

PAFC作為一種中低溫型（工作溫度180-210℃）燃料電池，不但具有發電效率高、清潔、適應多樣燃料、無噪音、運轉費低、設置場所限制少、大氣壓運轉容易操作、安全性優良、部分負荷特性好等特點，而且還可以熱水形式回收大部分熱量。下表給出先進的ONSI公司PC25C型200kW PAFC的主要技術指標。最初開發PAFC是為了控制發電廠的峰谷用電平衡，近來則側重于作為向公寓、購物中心、醫院、賓館等地方提供電和熱的現場聚集電力系統。

PAFC用于發電廠包括兩種情形：分散型發電廠，容量在10-20MW之間，安裝在配電站；中心電站型發電廠，容量在100MW以上，可以作為中等規模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優勢：即使在發電負荷比較低時，仍舊保持高的發電效率；由于采用模塊結構，現場安裝簡單，省時，并且電廠擴容容易。

受1973年世界性石油危機以及美國PAFC研發的影響，日本決定開發各種類型的燃料電池，PAFC作為大型節能發電技術由新能源產業技術開發機構（NEDO）進行開發。自1981年起，進行了100kW現場型PAFC發電裝置的研究和開發。1986年又開展了200kW現場性發電裝置的開發，以適用于邊遠地區或商業用的PAFC發電裝置。

富士電機公司是目前日本最大的PAFC電池堆供應商。截至1992年，該公司已向國內外供應了17套PAFC示范裝置，富士電機在1997年3月完成了分散型5MW設備的運行研究。作為現場用設備已有50kW、100kW及500kW總計88種設備投入使用。下表所示為富士電機公司已交貨的發電裝置運行情況，到1998年止有的已超過了目標壽命4萬小時。

我國在這方面還處于研究初期，與發達國家之間還有較大差距，需奮起直追。

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