Что такое фосфатный топливный элемент?

Что такое фосфатный топливный элемент?

Фосфатный топливный элемент — это тип топливного элемента, в котором в качестве электролита используется водный раствор фосфорной кислоты. Эта технология использует водород, часто получаемый путем реформинга городского или сжиженного газа, для выработки электроэнергии. Разработанные в 1970-х годах, фосфатные топливные элементы выделяются своей производительностью и надежностью среди различных типов топливных элементов.

Однако они сталкиваются с такими проблемами, как более низкая эффективность на единицу объема по сравнению с другими технологиями топливных элементов и более высокие затраты из-за использования платинового катализатора. Более того, работая при температурах около 200 °C, фосфатные топливные элементы должны контролироваться на предмет отравления оксидом углерода при более низких температурах.

Применение фосфатных топливных элементов

Известные своей надежностью и долговечностью, фосфатные топливные элементы нашли применение в больницах, отелях, офисных зданиях и на очистных сооружениях, выступая в основном в качестве стационарных источников энергии. Эти системы, включающие в себя стек топливных элементов, инвертор, реформер, систему охлаждения и блок управления, эффективно преобразуют реформированный водород из городского газа или промышленных побочных продуктов в электричество.

Используя преимущества высокотемпературной работы, многие системы интегрируют когенерацию для использования отработанного тепла для целей отопления, обещая дальнейшее снижение затрат за счет использования побочных продуктов водорода с различных установок. В частности, их способность переключать источники газа повышает устойчивость к перебоям в поставках во время катастроф.

Принцип работы фосфатных топливных элементов

Фосфатные топливные элементы генерируют электроэнергию путем преобразования химической реакции окисления водорода в воду. Этот процесс включает:

1. Реформирование природного газа

Высокочистый водород производится из городского газа путем десульфуризации, парового риформинга и окисления оксида углерода с использованием катализаторов для облегчения реакций и тепла от избыточного сгорания водорода для управления процессом эндотермического риформинга. Несмотря на потенциал оксида углерода отравлять платиновый катализатор, рабочая температура около 200 °C обеспечивает более высокую устойчивость к оксиду углерода, чем в топливных элементах с полимерным электролитом.

2. Генерация электроэнергии

Водород окисляется на топливном электроде под платиновым катализатором, производя ионы водорода и электроны. Электроны перемещаются по внешней цепи к воздушному электроду, где они соединяются с кислородом и ионами водорода, образуя воду, генерируя электроэнергию. Для достижения уровней напряжения, необходимых для практического применения, несколько ячеек объединяются.

Состав фосфатных топливных элементов

Топливный электрод состоит из пористого углерода, устойчивого к коррозии фосфорной кислотой и проницаемого для газов. Раствор фосфорной кислоты служит электролитом, зажатым между топливными и воздушными электродами, каждый из которых снабжен платиновым катализатором и разделен сепаратором.