燃料电池技术

了解如何将天然气作为可靠的氢气来源作为燃料电池,为工业和运输产生有效的清洁电力和热量。

燃料电池如何工作?

燃料电池是一种设备,通过化学反应使氢气和氧气在产生电能和热量的过程中运行,这些电能和热量可以被利用和捕获作为能源。

从外部看,燃料电池通常看起来像一个大型的基本金属盒子;在里面是一堆排列的“细胞”。电池组中的每个电池都有两个电极:一个阳极和一个阴极,就像典型的电池一样。

阳极和阴极都涂上了镍或铂等金属材料,作为催化剂促进化学反应过程。在阳极和阴极之间是一段被称为电解液的材料,它有助于控制过程的一部分。

根据电解质的组成不同,燃料电池有不同的类型,但本质上它们是这样工作的:

燃料电池图

氢(H2)送入阳极侧的燃料电池堆,其中催化剂有助于将氢原子分离成带正电荷的质子(H +)和带负电的电子

(E-)。

带有带负电的电子(E-)被电解质阻挡,因此它们从阳极流入金属线以产生与堆叠中其他单元产生的电流组合的电流的直流电流(DC)。该组合电流在燃料电池堆外携带到另一个称为逆变器的设备。逆变器将直流(DC)转换为传统的交流电流(AC),因此可用于任何通用电器。

同时,带正电荷的质子(H+)没有被薄膜阻挡,所以它们穿过阴极,在那里遇到未使用的氢电子(e-),这些氢电子在完成电路后返回到燃料电池。

与此同时,空气被送入燃料电池的阴极侧,在那里催化剂帮助氧气(O2)在空气中与阳性(H +)离子和负(E-)电子结合以产生水(H.2O)。二氧化碳(CO2)和氮(N2)在空气中存在的气体输出从燃料电池堆中排出。只要氢气和氧气被送入燃料电池堆即可,该方法即可连续重复。

除了在阳极上发电,化学反应过程也在阴极上产生热量。在一些燃料电池中,有足够的热量以热空气的形式通过另一种叫做热交换器的设备来处理,这样热能就可以被用于水加热、空间加热,甚至通过吸收式制冷机进行空间冷却。这使得运行中的燃料电池更加节能。

你如何给燃料电池充电?

虽然我们呼吸的普通空气中有充足的氧气,但为燃料电池提供持续的氢供应就更成问题了。一种常见的解决方案是使用天然气作为氢气的来源,因为天然气可以负担得起,而且易于按需获得,而且数量足够大,可以维持燃料电池的运行。

燃料电池系统

天然气主要由甲烷(CH4),所以在燃料电池中,氢需要从碳中分离出来。这种分离通常发生在一个叫做蒸汽甲烷改革者的装置,天然气在高温高压蒸汽的金属催化剂,通常镍,促进化学反应产生氢气,少量的二氧化碳和一氧化碳。生成的氢气被送入燃料电池,其他气体被排出。从燃料电池输出的水可以被捕获并输送到转化炉,从而将其循环利用,加热成蒸汽用于甲烷转化过程。

燃料电池是节能的,因为它们通过化学方法而不是燃烧产生电力。根据燃料电池的类型,效率范围从低40%到高80%,电输出范围从200瓦到2.4兆瓦,提供可扩展的选择,以满足各种商业需求。

燃料电池和清洁能源的未来

燃料电池的碳排放量也极低。因此,燃料电池将在世界范围内实现温室气体(GHG)减排的努力中发挥越来越重要的作用。燃料电池主要应用于商业和工业,如为建筑物供电和供暖,以及为公共汽车、车队和重型卡车提供燃料。

如需更多关于天然气和燃料电池技术的信息,请联系DERSupport@semprautilities.com