燃料电池技术

了解天然气如何被处理为燃料电池的可靠氢气来源,为工业和运输产生高效清洁的电力和热量。

燃料电池是如何工作的?

燃料电池是一种让氢和氧通过化学反应产生电和热的装置,这些电和热可以被利用和捕获,作为能源。

从外观上看,燃料电池通常看起来像一个大型的基本金属盒;在内部是一系列排列在一个堆栈中的“单元”。堆栈中的每个电池都包含两个电极:一个阳极和一个阴极,就像典型的电池一样。

阳极和阴极都涂有金属材料,如镍或铂,作为催化剂,以促进化学反应过程。在阳极和阴极之间有一段叫做电解液的材料,它有助于控制部分过程。

根据电解质成分的不同,有不同类型的燃料电池,但本质上它们是这样工作的:

燃料电池图

氢(H2)被送入位于阳极一侧的燃料电池堆中,在那里催化剂帮助将氢原子分离成带正电的质子(H+)和带负电的电子

(e -)。

带负电荷的电子(e-)被电解液阻挡,因此它们从阳极流到金属丝上,产生直流电(DC),并与堆栈中其他电池产生的电流结合。这种复合电流被传送到燃料电池外的另一个叫做逆变器的设备上。逆变器把直流电(DC)转换成常规交流电(AC),因此它可以用于任何通用电气用途。

与此同时,带正电荷的质子(H+)没有被薄膜所阻挡,所以它们移动到阴极,在那里它们遇到了未使用的氢电子(e-),这些氢电子在完成电路后返回到燃料电池。

与此同时,空气被送入位于阴极侧的燃料电池堆中,催化剂帮助氧气(O2)在空气中与正的(H+)离子和负的(e-)电子结合产生水(H2O).二氧化碳(CO .2)和氮(N2)空气中的气体也从燃料电池堆中排出。只要氢和氧被注入燃料电池堆,这个过程就会不断重复。

除了在阳极产生电力外,化学反应过程也在阴极产生热量。在一些燃料电池中,有足够的热量以热空气的形式进行处理,通过另一个设备称为热交换器,所以热能可以用于像水加热,空间加热,甚至空间冷却,通过使用吸收式制冷机。这使得正常工作的燃料电池更加节能。

如何为燃料电池提供燃料?

虽然氧气在我们呼吸的普通空气中是充足的,但要为燃料电池提供持续的氢供应则是一个更大的问题。一种常见的解决方案是使用天然气作为氢的来源,因为天然气价格低廉,容易按需获得,而且数量足够维持燃料电池的运行。

燃料电池系统

天然气主要由甲烷(CH4)因此,氢需要从碳中分离出来,才能用于燃料电池。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。然后,合成的氢被送入燃料电池,其他气体被排出。燃料电池输出的水可以被捕获并输送到转化炉,从而循环利用,将其加热成蒸汽,用于甲烷转化过程。

燃料电池是节能的,因为它们以化学方式发电,而不是通过燃烧。根据不同类型的燃料电池,效率范围从低40%到高80%,电力输出范围从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

燃料电池也有极低的碳排放。因此,燃料电池将在实现全球温室气体(GHG)减排的努力中发挥越来越重要的作用。燃料电池在商业和工业方面有着重要的应用,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。

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