1839年，第一塊燃料電池在英國被發明出來。這種以鉑黑為電極催化劑的、簡單的氫氧燃料電池的首次套用。是點亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年，燃料電池這一名稱被正式採用。由於各種原因，燃料電池的研究直到20世紀50年代才有了實質性的進展，直到今天，燃料電池的技術已取得了巨大的進展。
基本介紹
- 中文名：阿波羅鹼性燃料電池
- 外文名：Apollo alkaline fuel cell
- 使用時間：1918—1972年
- 型號舉例：PC3A-電池
- 結構：電極、電解液等
- 用途：提供動力和飲用水
原理,簡介,結構,電極,隔膜,電解質,相關概念,
原理
鹼性燃料電池(AFC)是採用氫氧化鉀等鹼性水溶液作電解液，在100℃以下工作的電池。燃料氣體採用純氫。氧化劑氣體採用氧氣或者空氣，是一種利用氫氧離子的燃料電池。理論電壓為1.229伏(25℃)。實際上，空氣極的反應不是一次完成，而是，首先生成過氧化氫陰離子和氫氧根陰離子，在有分解過氧化氫陰離子的催化劑作用下，繼續反應而成。由於經歷了上面的反應步驟，開路電壓為1.1V以下，而且空氣極催化劑的不同，電壓也不一樣。在使用諸如鉑或者銀等加速過氧化氫陰離子分解的催化劑時，開路電壓就會接近理論電壓。鹼性燃料電池具有與磷酸電解液相比。氧氣的還原反應具有更容易進行，功率高，可在常溫下啟動；催化劑不一定使用鉑系貴金屬；二氧化碳會使電解液變質，性能降低的特徵。
鹼性燃料電池電池堆是由一定大小的電極面積、一定數量的單電池層壓在一起，或用端板固定在一起而成。根據電解液的不同主要分為自由電解液型和擔載型。
簡介
用於宇宙航天燃料電池的代表例子是阿波羅宇宙飛船(1918—1972年)的自由電解液型PC3A-電池和宇宙飛船(1981年)的擔載型PCI7-C電池。
擔載型與磷酸燃料電池同樣，都是用石棉等多孔質體來浸漬保持電解液，為了在運轉條件變動時，可以調節電解液的增減量，這種形狀的電池堆，安裝了貯槽和冷卻板。作為宇宙飛船電源的PCI7-C中，每2個電池就安裝了一片冷卻板。自由電解液型具有電解液在燃料極和空氣極之間流動的特徵，電解液可以在電池堆外部進行冷卻和蒸發水分。在構造方面，雖然不需要在電池堆內部裝冷卻板和電解液貯槽，但是由於需要將電解液注人各個單電池內，因此要有共用的電解液通道。如果通道中電解液流失，則會降低功率，影響壽命。
結構
電極
電極作為電化學反應進行的場所，對反應起著高效催化的作用，是體系的關鍵。陽極和陰極的類型及製作方式與所選擇的催化劑相關。催化劑的效能決定了整個體系的性能。AFC的催化劑選擇比較靈活，不僅貴金屬(鉑、銠、金、銀)及其合金適用，非貴金屬(鈷、鎳、錳)也適用，從結構上可分為兩類：一類是高比表面積的雷尼(Raney)金屬，通常以雷尼鎳為基體材料作陽極，銀基催化劑為陰極；另一類是高分散的負載型催化劑，即將鉑類催化劑高分散地負載到高比表面積、高導電性的載體(如碳)上。催化劑分散於載體基材上，就構成電極。整個電極要工作於氣、固、液三相界面，並且要保證反應高效平穩地運行。
隔膜
電解質
鹼性燃料電池的電解質通常是氫氧化鉀水溶液。選擇氫氧化鉀是因為與氫氧化鈉相比，它的適用壽命長，不易形成溶解度小的雜質，而且溶液蒸氣壓低，在高溫下可以使用，在高溫和高濃度下可以獲得高電流密度。同體系所用的燃料氣一樣，電懈質溶液也需要純化，以避免雜質造成催化劑中毒。在電池反應中有水生成，致使電解質溶液濃度漂移，從而會對燃料電池的一系列指標均造成影響。
綜合上述兩方面的原因，一般採用電解質循環使用方法。這方面也一直是技術改進的一個重點。現在成熟的方案中，不但可通過循環過程穩定控制電解質，而且還可合理利用這個過程來滿足其他方面的要求，如用來冷卻電池組。這些措施起到了一舉多得的作用，也提高了能源利用率，降低了成本。
相關概念
鹼性燃料電池(alkaline fud cell，簡稱AFC)，是以氫氧化鉀水溶液為電解質的燃料電池。氫氧化鉀的質量分數一般為30%～45%，最高可達85%。在鹼性電解質中氧化還原比在酸性電解質中容易。AFC是20世紀60年代大力研究開發並在載人航天飛行中獲得成功套用的一種燃料電池，可以為太空梭提供動力和飲用水，並且具有高比功率和比能量。
