氨-氧燃料电池

固体氧化物燃料电池以其全固态结构、更高的能量效率和对多种燃料气体广泛适应性等突出特点而有着很大的发展潜力。氢气是燃料电池常用的燃料，但是氢气的爆炸极限较宽，安全问题比较严重，而且在全世界范围内，氢气供应网络的建设也需要很大的投资，这在一定程度上限制了燃料电池的发展，氨气含氢量高，不含碳，而且氨气易液化，运输和贮存也比较方便，是很好的氢源载体。

简介固体氧化物燃料电池以其全固态结构、更高的能量效率和对多种燃料气体广泛适应性等突出特点而有着很大的发展潜力。氢气是燃料电池常用的燃料，但是氢气的爆炸极限较宽，安全问题比较严重，而且在全世界范围内，氢气供应网络的建设也需要很大的投资，这在一定程度上限制了燃料电池的发展，氨气含氢量高，不含碳，而且氨气易液化，运输和贮存也比较方便，是很好的氢源载体。因此，氨气作为固体氧化物燃料电池的燃料具有较大优势，这方面的研究还没有受到足够的重视，研究仅集中在以比较厚的高温质子导体为电解质的固体氧化物燃料电池体系，该体系由于采用厚电解质膜，电池能量密度普遍较低1。

作为燃料电池富氢燃料的氨燃料电池系统要做到结构简单、高效价廉和使用方便，关键在于燃料的供应系统与燃料电池合理配合。从某种意义上讲，氨与碱性燃料电池是一种完美的组合制氨业是一种遍布全球的基础产业，制造技术成熟、产品成本低, 将氨重整分解成氢气和氮气也相对容易，特别是重整后的含氢气体不必净化处理就可直接供给碱性燃料电池使用而碱性燃料电池又是一种高效价廉的低温型燃料电池。

采用甲醇、天然气或汽油重整制氧，重整气中含有的CO会使大多数（尤其是低温型）燃料电池所使用的催化剂中毒。由于氨中不含碳元素，故无论直接利用还是重整利用都不会产生有毒的CO。但是氨的重整气中含有残余氨和氮气，可能对某些类型燃料电池的电解质造成不利影响，必须清除。

氨是有毒的，但是只有当它的浓度达到可被觉察到的浓度1000倍时才会致命；氨具有强烈的刺激性气味，一旦发生泄漏很容易被发现，并及时补救。氨的燃烧范围并不大，只有当在空气中质量分数达到15%～34%オ会发生而氨比空气轻，泄漏后扩散快，不会积聚。泄漏在大气中的氨还可以参与自然循环随雨雪移动、和其他物质反应或被植物吸收。因此氨作为燃料还是安全的，对环境也是友好的2。

直接供氨燃料电池在直接供氨式燃料电池池（DAFC）内，氨被直接输送到燃料电池的阳极，并在催化剂作用下氧化：

4NH3+3O2+2N2+6H2O

当反应生成液态水时，所产生的电压为1.172V，气态时电压为1.128V，略低于纯氢1.228V和1.184V2。

间接供氨式燃料电池间接供氨式燃料电池(IAFC)系统中，氨首先经过重整装置被分解为氮气和氢气，再供给燃料电池3。

总结氨非常适合作为碱性燃料电池的氢源，随着碱性燃料电池技术的发展，氨的应用越来越受到关注。ZAP和 Apollo能源系统公司最近宣布已经在相关的技术开发上取得突破性进展，新研制的燃料电池由泡沫铅电极制成，比普通酸性铅电池更加轻巧，电能密度也更大燃料电池中的燃料主要来自氨溶液分解后产生的氢阿。已经计划开发采用该新技术的新型汽车。

氨作为燃料电池氢能载体，分解装置结构简单、效率较高，特别是携带方便、价格低、制造技术成熟，非常适合作为车用燃料电池的氢源。氨作为氢能载体，应当是解决燃料电池的氢能来源的有效途径之一。当然，它的推广还存在一些问题，例如与 PEMFC一样，氨燃料电池成本远高于内燃机，实际效率也还不理想。随着研究的深入和技术的进步，相信这些问题应当可以解决1。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学