磷酸燃料电池()

7.6.1 PAFC的研究简况

受1973年世界性石油危机以及美国PAFC研发的影响，日本决定开发各种类型的燃料电池，PAFC作为大型节能发电技术由新能源产业技术开发机构(NEDO)进行开发。自1981年起，进行了1000k W现场型PAFC发电装置的研究和开发。1986年又开展了200 k W现场型发电装置的开发，以适用于边远地区或商业用的PAFC发电装置。富士电机公司是目前日本最大的PAFC电池堆供应商。截至1992年，该公司已向国内外供应了17套PAFC示范装置，富士电机在1997年3月完成了分散型5MW设备的运行研究。作为现场用设备已有50k W、100k W及500k W总计88种设备投入使用。比如富士电机公司已交货的发电装置运行情况，到1998年止有的已超过了目标寿命4万小时。

东芝公司从20世纪70年代后半期开始，以分散型燃料电池为中心进行开发以后，将分散电源用11MW机以及200k W机形成了系列化。11MW机是世界上最大的燃料电池发电设备，从1989年开始在东京电力公司五井火电站内建造，1991年3月初发电成功后，直到1996年5月进行了5年多现场试验，累计运行时间超过2万小时，在额定运行情况下实现发电效率43.6%。在小型现场燃料电池领域，1990年东芝公司和美国IFC公司为使现场用燃料电池商业化，成立了ONSI公司，以后开始向全世界销售现场型200k W设备“PC25”系列。PC25系列燃料电池从1991年末运行，到1998年4月，共向世界销售了174台。其中安装在美国某公司的1号机和安装在日本大阪梅田中心的大阪煤气公司2号机，累计运行时间相继突破了4万小时。从燃料电池的寿命和可靠性方面来看，累计运行时间4万小时是燃料电池的长远目标。东芝ONSI已完成了正式商用机PC25C型的开发，早已投放市场。PC25C型作为21世纪新能源先锋获得日本通商产业大奖。从燃料电池商业化出发，该设备被评价为具有高先进性、可靠性以及优越的环境性设备。它的制造成本$3000/k W，近期将推出的商业化PC25D型设备成本会降至$1500/k W，体积比PC25C型减少1/4，质量仅为14t。2001年中国迎来第一座PC25C型燃料电池电站，它主要由日本的MITI(NE-DO)资助，这是我国第一座燃料电池发电站。

PAFC作为一种中低温型(工作温度180～210℃)燃料电池，不但具有发电效率高、清洁、无噪声等特点，而且还可以热水形式回收大部分热量。最初开发PAFC是为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。

PAFC用于发电厂包括两种情形:分散型发电厂，容量在10～20MW之间，安装在配电站;中心电站型发电厂，容量在100MW以上，可以作为中等规模热电厂。PAFC电厂比起一般电厂具有如下优点:即使在发电负荷比较低时，依然保持高的发电效率;由于采用模块结构，现场安装简单、省时，并且电厂扩容容易。

7.6.2 PAFC的工作原理

磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是:燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。PAFC的化学反应式如下:

燃料极

—→2H++2e-　(7-10)

空气极

2H++1/2O2+2e-—→H2O　(7-11)

全反应

H2+1/2O2—→H2O　(7-12)