陶瓷燃料电池

陶瓷燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池（PEMFC）一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。

概述在所有的燃料电池中，陶瓷燃料电池的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于陶瓷燃料电池发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益1。

原理一般的陶瓷燃料电池发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。空气经过压缩器压缩，克服系统阻力后进入预热器预热，然后通入电池的阴极。天然气经过压缩机压缩后，克服系统阻力进入混合器，与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合，蒸汽和燃料的比例为，混合后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生电化学反应，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应完全的气体和阴极剩余氧化剂通入燃烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外，也提供蒸汽发生器所需的热量。经过蒸汽发生器后的燃烧产物，其热能仍有利用价值，可以通过余热回收装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用2。

特点陶瓷燃料电池与第一代燃料电池（磷酸型燃料电池，简称PAFC）、第二代燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池，简称MCFC）相比它有如下优点：（1）较高的电流密度和功率密度；（2）阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；（3）可直接使用氢气、烃类（甲烷）、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；（4）避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；（5）能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统；（6）广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构；（7）陶瓷电解质要求中、高温运行（600～1000℃），加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。

除了燃料电池的一般优点外，陶瓷燃料电池还具有以下特点：对燃料的适应性强，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行；不需要使用贵金属催化剂；使用全固态组件，不存在对漏液、腐蚀的管理问题；积木性强，规模和安装地点灵活等。这些特点使总的燃料发电效率在单循环时有潜力超过60%，而对总的来说体系效率可高达85%，陶瓷燃料电池的功率密度达到1MW/M3，对块状设计来说有可能高达3MW/M3。事实上，陶瓷燃料电池可用于发电、热电回用、交通、空间宇航和其他许多领域，被称为21世纪的绿色能源1。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学