51菠菜网 - 菠菜排名站

首页

高低温质子交换膜燃料电池对比

发布时间：

2023-05-26

最新一代的美国ADVENT TECHNOLOIES公司的高温质子交换膜能够耐受200摄氏度的高温。更高的运行温度带来了多种优点，如改善催化剂活性、增强燃料灵活性和增加对燃料流中杂质的耐受性。

通常大家所说的质子交换膜燃料电池（低温PEMFC），其工作温度一般在60-90摄氏度，其实还有一种高温质子交换膜燃料电池（高温PEMFC），代表了燃料电池技术领域中一个令人兴奋的研究和开发领域。高温PEMFC的操作温度比低温PEMFC高，通常在100摄氏度以上，最新一代的美国ADVENT TECHNOLOIES公司的高温质子交换膜能够耐受200摄氏度的高温。更高的运行温度带来了多种优点，如改善催化剂活性、增强燃料灵活性和增加对燃料流中杂质的耐受性。

我们将推出系列文章介绍高温PEMFC，探讨其复杂性，研究其关键组件、优点和潜在应用。

一低温PEMFC的局限性

传统的低温PEMFC已经得到广泛研究和应用，但它们也存在一些局限性。在介绍高温质子交换膜燃料电池之前，我们就首先分析低温质子交换膜燃料电池存在的缺点和局限性。

1. 催化剂敏感性：氢燃料电池依赖于贵金属催化剂（如铂）来促进电化学反应这些催化剂昂贵而相对稀缺，在低温的情况下，催化剂对于一氧化碳、二氧化碳等杂质气体非常敏感，容易老化和重度。

2. 一氧化碳中毒：低温PEMFCs对一氧化碳（CO）中毒非常敏感。即使在燃料流中含有微量的CO，也会显著降低燃料电池的效率和性能。当使用碳氢燃料时，这是一个挑战，因为CO可能作为这些燃料来源中的杂质存在。

3. 水管理：有效的水管理对于PEMFC的最佳性能至关重要。在低温PEMFC中，聚合物电解质膜需要保持水合状态以进行质子传导。然而，过多的水分会导致淹水，限制反应物流动并降低电池效率。另一方面，不充分的水合会导致膜脱水并导致性能降低。

4. 运行温度限制：低温PEMFC通常在60-90摄氏度范围内运行。这种相对较低的操作温度需要使用加湿系统来维持膜中所需的水分含量。这些系统增加了燃料电池系统的复杂性和成本，限制了它们在某些环境或便携设备中的实际应用。

5. 燃料灵活性：低温PEMFC的燃料灵活性有限，主要依赖纯氢作为燃料源。虽然氢是一种清洁且丰富的燃料，但其生产、储存和分配基础设施存在挑战。对纯氢的依赖限制了替代燃料源（如天然气或液体燃料）的利用，需要额外的燃料重整过程。

6. 耐久性和寿命：低温PEMFC易于因催化剂退化、膜退化和碳腐蚀等因素而逐渐性能下降。需要提高低温PEMFC的耐久性和寿命，以确保长期可靠性和成本效益。

解决这些局限性对于PEMFC的广泛采用至关重要。高温PEMFC的发展旨在通过在升高温度、利用不同的催化剂材料以及增强燃料灵活性和耐久性等方面来克服这些挑战。通过解决这些局限性，高温PEMFC为推进燃料电池技术领域提供了有前途的替代方案。

二低温PEMFC与高温PEMFC的主要区别

低温PEMFC与高温PEMFC代表了燃料电池技术领域中两个不同的类别。让我们比较这两种类型并强调它们的差异：

1. 工作温度：

- 低温PEMFC：通常在60-90摄氏度范围内运行。

- 高温PEMFC：在高于100摄氏度的升温下运行，通常在120-200摄氏度或更高范围内。

2. 一氧化碳耐受性：

- 低温PEMFC：对一氧化碳（CO）中毒非常敏感，即使是微量的CO也需要额外的燃料处理来去除CO。

- 高温PEMFC：具有改善的CO耐受性，甚至能够耐受高达3%的CO浓度，允许直接利用碳氢燃料而无需进行广泛的燃料改性过程。

3. 水管理：

- 低温PEMFC：需要仔细的水管理以维持最佳的水合水平，过多的水会导致水淹和不足的水合会导致膜脱水。

- 高温PEMFC：由于较高的操作温度，具有更好的水管理能力，降低了水淹和膜脱水的风险。

4. 燃料灵活性：

- 低温PEMFCs：主要设计用于高纯氢作为燃料来源，限制了它们的燃料灵活性，并需要额外的基础设施来生产和分配氢气。

- 高温PEMFC：使得可以直接利用更广泛的燃料，包括工业副产氢气、甲醇或者氨重整制的粗氢等，减少对高浓度纯氢的依赖并促进燃料整合。

6. 耐久性和寿命：

- 低温PEMFC：由于催化剂降解、膜降解和碳腐蚀等原因，随着时间的推移容易出现性能下降。

- 高温PEMFC：由于较高的操作温度，可以提高催化剂活性并降低降解速率，从而提供改善的耐久性和寿命。

7. 应用：

- 低温PEMFC：广泛用于便携式设备、小型发电和交通运输（例如燃料电池汽车）等应用。

- 高温PEMFC：适用于各种应用，包括固定发电、大型电力系统和工业应用等。

总之，低温PEMFC和高温PEMFC在操作温度、一氧化碳耐受性、水管理、燃料灵活性、耐久性和应用方面存在差异。虽然低温PEMFC已经得到广泛的研究和应用，但高温PEMFC具有独特的优势，包括改善的催化剂利用率、一氧化碳耐受性、水管理和燃料灵活性，使其成为燃料电池技术领域积极研究和开发的领域。