中温H2S固体氧化物燃料电池材料的制备及电性能研究(3)
料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，要
连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废
热，以文持电池工作温度恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，储存的能
量则由储罐内的燃料与氧化剂的量决定[3]
。燃料电池工作原理如图 1.1所示。 1.1.2燃料电池的特点
与其它类型的化学电池相比，燃料电池用以转化电能的化学能来自燃料和氧
化剂气体的反应能，而不是依靠它自身电极材料在工作过程中的消耗。
根据其能量来源的特点，燃料电池也可看作是一种靠电化学过程发电的“发
电机”。作为“发电机”，与常规发电相比，燃料电池在许多方面存在自身的特
色，具有一系列优点[4]
：
(1)理论发电效率高，发电潜力大。燃料电池发电不受热力学卡诺循环的限
制，其理论发电效率高。由于存在各种损失，H2 燃料电池的实际输出电压只有
0.7V~0.8V，实际效率也远低于 82%。根据计算，10MW 常压磷酸盐燃料电池，
以甲醇为燃料，实际效率可达 48.4%；同样情况下的熔融碳酸盐燃料电池，实际
效率可达58.4%。尽管燃料电池实际效率达不到理论值，但其实际发电效率仍高
于传统单循环热机的发电效率。燃料电池发电效率的潜力巨大，通过组成联合循
环，发电效率将得到大幅度提高。
(2)小型高效，提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响
很小，燃料电池容量在 250kW~1MW 规模的发电效率，与先进的火电机组
300MW~500MW 的发电效率相当，甚至更高。因此，燃料电池是分布式电源的最佳选择，建在用户附近，节省输变电投资，减少输变电损失，对提高供电可靠
性有积极的意义。
(3)污染物和室温气体排放量少。由于发电效率高，减少了 CO2 的排出量，
与传统的火电机组相比，CO2 的排出量可减少 40%~60%；在能量转换过程中，
几乎没有燃烧过程，因此 NOx 排放量很少，减轻了对大气的污染，对缓解地球
的温室效应也是十分重要的。
(4)低噪声。主机没有转动部分，只是鼓风机、水泵等辅助机械有转动部分，
因此噪声小。据报道， 燃料电池发电在距离发电设备 1.044m 处，噪声小于 60dB。
(5)电池排气中的热量可用多种方法回收。通过热电联产可以供应蒸汽、热
水。高温燃料电池可通过与燃气轮机、蒸汽轮机组成联合循环，可利用余热发电。
通过充分利用余热，使燃料电池的发电效率有可能达到 60%~70%，热利用率可
能达到85%以上，而且可使燃料电池的发电容量提高。
(6)燃料电池发电还具有电力质量高、占地面积小、模块化设计、可使用多
种燃料（如甲醇、煤气、沼气、天然气、氢气、柴油、含氢废气、轻油等）、自
动化程度高等特点。
1.1.3燃料电池分类其应用
至今为止,人们已经研究开发出许多类型的燃料电池。燃料电池可根据其工
作温度，所用的燃料种类和电解质类型进行分类。按照工作温度，燃料电池可以
分为高、中、低温型 3种。按燃料来源，燃料电池可分为直接式燃料电池、间接
式燃料电池和再生型燃料电池 3 类。最常用的分类方法是依据电解质类型来分
类，可以分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换
膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。
碱性燃料电池[1]
以强碱（如NaOH、KOH）为电解质，氢为燃料，纯氧或脱