浅谈燃料电池类型 1-PEM/AFC/MCFC

目前已开发出各种类型的燃料电池。它们一般根据所使用的电解质进行分类，电解质决定了系统的工作温度，并在一定程度上决定了电池性能。

聚合物电解质膜燃料电池（PEM）

聚合物电解质膜燃料电池（PEM）又称质子交换膜燃料电池，与其他燃料电池相比，具有功率密度高、重量轻、体积小等优点。PEM 燃料电池使用固体聚合物作为电解质，并使用含有铂或铂合金催化剂的多孔碳电极。它们只需要氢气、空气中的氧气和水即可工作。它们通常使用储氢罐或重整器提供的纯氢作为燃料。

PEM 燃料电池的工作温度相对较低，约为 80°C（176°F）。低温运行使其能够快速启动（预热时间较短），并减少系统部件的磨损，从而提高耐用性。不过，这需要使用贵金属催化剂（通常为铂）来分离氢的电子和质子，从而增加了系统成本。铂催化剂对一氧化碳中毒也极为敏感，因此，如果氢气来自碳氢化合物燃料，就必须使用额外的反应器来减少燃料气体中的一氧化碳。这种反应器也会增加成本。

PEM 燃料电池主要用于运输应用和一些固定应用。PEM 燃料电池尤其适用于汽车应用，如轿车、公共汽车和重型卡车。

优点

固体电解质减少腐蚀&电解质管理问题

低温性能优异

快速启动和负载跟随性能好

缺点

催化剂昂贵

对燃料杂质非常敏感

碱性燃料电池（AFC）

碱性燃料电池（AFC）是最早开发的燃料电池技术之一，顾名思义，碱性燃料电池的电解质是氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。燃料是氢气，氧化剂是氧气（或空气中的氧）。碱性燃料电池（AFC）的工作温度一般低于 100 °C。电极由碳和镍等金属制成。

近年来，使用聚合物膜作为电解质的新型 AFC 得到了发展。这些燃料电池与传统的 PEM 燃料电池类似，不同之处在于它们使用的是碱性膜而不是酸性膜。AFC 电池中电化学反应速度快，所以性能优异。

这种燃料电池面临的一个主要挑战是容易受到二氧化碳（CO2）的毒害。空气中含有二氧化碳，会导致电池内部形成碳酸盐，这会极大地影响电池的性能和寿命。

优点

原材料来源广泛，成本低

低温性能优异

支持快速启动

缺点

对燃料和空气中的二氧化碳敏感

电解质中成分需要及时调节（水和聚合物）

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温燃料电池，这种类型的燃料电池的运行方式与前面的燃料电池截然不同。燃料由水和化石燃料产生的氢气和一氧化碳混合物组成。电解质为熔融碳酸锂钾，工作温度约为 650 °C（1,200 °F）。升温到工作温度可能需要几个小时，因此这些电池不适合用于汽车。在大多数情况下，电极以金属为基础，电池首先将氢气和一氧化碳与碳酸盐电解质结合，然后与氧气结合，产生水蒸气和二氧化碳反应产物。

与磷酸燃料电池相比，MCFC 能显著提高效率，降低成本。熔融碳酸盐燃料电池与涡轮机配合使用时，效率可接近 65%，大大高于磷酸燃料电池发电厂 37%-42% 的效率。当余热被收集和利用时，整体燃料效率可超过 85%。

与碱性、磷酸和 PEM 燃料电池不同，MCFC 不需要外部重整器来将天然气和沼气等燃料转化为氢气。在 MCFC 运行的高温条件下，这些燃料中的甲烷和其他轻碳氢化合物会在燃料电池内部通过一种称为内部重整的过程转化为氢气，这也降低了成本。

目前 MCFC 技术的主要缺点是耐用性。这些电池工作时的高温和所使用的腐蚀性电解液会加速部件的老化和腐蚀，从而缩短电池的使用寿命。

优点

电池效率高

适用于发电站热电联产CHP

缺点

高温下电池容易发生腐蚀和老化

电池启动时间长

电池功率密度低