Фосфорнокислотные топливные элементы: технология и применение.
Phosphoric acid fuel cell
Фосфорнокислотные топливные элементы (PAFC): принцип работы, применение, преимущества. Первые коммерциализированные топливные ячейки с высокой стабильностью.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Топливные элементы на фосфорной кислоте (PAFC) – это тип топливных элементов, использующих жидкую фосфорную кислоту в качестве электролита. Они стали первыми топливными элементами, прошедшими коммерциализацию. Разработанные в середине 1960-х годов и прошедшие полевые испытания с 1970-х годов, они значительно улучшились в отношении стабильности, эффективности и стоимости. Благодаря этим характеристикам PAFC являются хорошим вариантом для ранних стационарных применений.
Phosphoric acid fuel cells (PAFC) are a type of fuel cell that uses liquid phosphoric acid as an electrolyte. They were the first fuel cells to be commercialized. Developed in the mid 1960s and field tested since the 1970s, they have improved significantly in stability, performance, and cost. Such characteristics have made the PAFC a good candidate for early stationary applications.
Дизайн
Электролит представляет собой высококонцентрированную или чистую жидкую фосфорную кислоту (H3PO4), насыщенную в матрице из карбида кремния (SiC). Диапазон рабочих температур составляет примерно 150–210 °C. Электроды изготовлены из углеродной бумаги с нанесенным на нее мелкодисперсным платиновым катализатором.
Electrolyte is highly concentrated or pure liquid phosphoric acid (H3PO4) saturated in a silicon carbide (SiC) matrix. Operating range is about 150 to 210 °C. The electrodes are made of carbon paper coated with a finely dispersed platinum catalyst.
Преимущества и недостатки
При рабочем диапазоне температур от 150 до 200 °C выделяющаяся вода может быть преобразована в пар для обогрева воздуха и воды (комбинированное производство тепла и электроэнергии). Это потенциально позволяет увеличить эффективность до 70%. PAFC толерантны к CO2 и способны выдерживать концентрацию CO около 1,5%, что расширяет спектр используемого топлива. При использовании бензина необходимо удалять серу. При более низких температурах фосфорная кислота является плохим проводником ионов, и отравление платинового электрокатализатора в аноде угарным газом становится существенным. Однако они гораздо менее чувствительны к угарному газу, чем топливные элементы на протонно-обменных мембранах (ПЭМФК) и щелочные топливные элементы (АФК). К недостаткам относятся относительно низкая удельная мощность и химически агрессивный электролит.
At an operating range of 150 to 200 °C, the expelled water can be converted to steam for air and water heating (combined heat and power). This potentially allows efficiency increases of up to 70%. PAFCs are CO2 tolerant and can tolerate a CO concentration of about 1.5%, which broadens the choice of fuels they can use. If gasoline is used, the sulfur must be removed. At lower temperatures phosphoric acid is a poor ionic conductor, and CO poisoning of the platinum electro catalyst in the anode becomes severe. However, they are much less sensitive to CO than proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) and alkaline fuel cells (AFC). Disadvantages include rather low power density and chemically aggressive electrolyte.
Приложения
PAFC используются в стационарных электрогенераторах мощностью от 100 до 400 кВт и также находят применение в крупногабаритных транспортных средствах, таких как автобусы. Основными производителями технологии PAFC являются Doosan Fuel Cell America Inc. (ранее ClearEdge Power & UTC Power) и Fuji Electric. Индийская организация DRDO разработала воздухонезависимую двигательную установку на основе PAFC для интеграции в свои системы.
PAFC have been used for stationary power generators with output in the 100 kW to 400 kW range and are also finding application in large vehicles such as buses. Major manufacturers of PAFC technology include Doosan Fuel Cell America Inc. (formerly ClearEdge Power & UTC Power) and Fuji Electric. India's DRDO has developed PAFC based air independent propulsion for integration into their s.