鹼性落膜燃料電池是由美國航空航天局的太空計畫，同時生產電力和水的太空飛行器上。AFCS繼續使用NASA太空梭上的整個程式中，除了數量有限的商業套用。
基本介紹
- 中文名：鹼性落膜燃料電池
- 外文名：Alkaline falling film fuel cell
- 套用：太空梭
- 學科：電子工程
簡介,原理,
簡介
電動車輛和規模化儲能等新能源產業的發展，以及高性能攜帶型電子設備的進步，迫切需要高效、清潔的電化學儲能系統。目前廣泛使用的鋰離子電池的能量密度已接近理論極限，無法滿足對儲能系統的迫切要求。因此，全世界都在積極探索下一代的電化學儲能系統。
燃料電池（fuel cells，FC）是一種可以將儲存在燃料和氧氣中的化學能直接轉化為電能的電化學儲能裝置。普通的內燃機由於需要經歷熱機過程，受卡諾循環的限制，其能量轉化率大多低於 15%，燃料電池不受此限制，因而具有很高的能量轉化率，一般為 40%~60%，如果將餘熱充分利用，甚至可以高達 90%。此外，燃料電池在工作時，其反應產物一般只有 H2O 和CO2，很少會排放出 NOx和 SOx，
因而不會污染環境，是新一代的綠色能源。燃料電池在工作時排出的二氧化碳量，也低於傳統火力發電廠的 60%。可見，燃料電池對解決目前全世界所面臨的能源安全(Energy Security)和環境保護(Environment Protection)兩大難題都具有極其重要的意義。同時，燃料電池由於具有高效、綠色、安全等優點，被認為是 21 世紀的新能源之星。
目前，國內外學者對已研究開發出來的燃料電池，按照電解質的種類進行分類，主要分為 5 種：鹼性落膜燃料電池（AFC），一般用 6~8 mol·L-1的 KOH 溶液作為電解質；磷酸型燃料電池（PAFC），大多以質量分數為 98wt%左右的濃 H3PO4溶液為電解質；熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），大多將 Li2CO3和 K2CO3按一定比例混合後作為電解質；質子交換膜燃料電池（PEMFC），通常採用美國 Du Pont 公司生產的 Nafion 膜作為電解質；固體氧化物燃料電池（SOFC），採用 YSZ（Y2O3摻雜穩定的 Zr O2）等作為氧離子導體。
在眾多類型的燃料電池中，鹼性落膜燃料電池(AFC)技術是最成熟的。從 20 世紀60 年代到 80 年代，國內外學者深入廣泛地研究並開發了鹼性落膜燃料電池。但是在80 年代以後，由於新的燃料電池技術的出現，例如 PEMFC 使用了更為便捷的固態電解質而且可以有效防止電解液的泄漏，AFC 逐漸褪去了其原有的光彩。但是，通過 PEMFC 和 AFC 之間的對比，不難發現理論上 AFC 的性能要優於 PEMFC，甚至早期的 AFC 系統都可以輸出比現有 PEMFC 系統更高的電流密度。成本分析表明：AFC 系統用於混合動力電動車與 PEMFC 相比要更有優勢。與 PEMFC 相比，AFC 在陰極動力學和降低歐姆極化方面具有很多優勢；鹼性體系中的氧還原反應(ORR)動力學比酸性體系中使用 Pt 催化劑的 H2SO4體系和使用 Ag催化劑的HCl O4體系都要更高。同時，鹼性體系的弱腐蝕性也確保了 AFC 能夠長期工作。AFC 中更快的 ORR 動力學使得非貴金屬以及低價金屬例如 Ag 和 N i 作為催化劑成為可能，這也使得 AFC 與使用 Pt 催化劑為主的 PEMFC 相比更有競爭力。因此，近年來對鹼性落膜燃料電池研究的復甦逐漸凸顯出來。
