Phosphorsäurebrennstoffzelle



Die Phosphorsäurebrennstoffzelle ( Engl. Phosphorsäure-Brennstoffzelle , PAFC ) ist eine Mitteltemperatur- Brennstoffzelle .

Prinzip

Die PAFC kann nicht von anderen Brennstoffzellen abgetrennt werden, da sie mit Phosphorsäure als Elektrolytteilchen arbeiten. Die hohen Konzentrationen an Phosphorsäure (90-100%) sind in einer PTFE- Schnellstruktur fixiert. Wer produziert alle Brennstoffzellen durch die Oxidation eines Brenngases. Wasserstoff dient als Brenngas . Wenn Oxidationsmittel Kann Luft oder reiner Sauerstoff eingesetzt waren. Es musste keine Reingase sein. Sporen von Kohlendioxid in den Gasen schlagen die PAFC im Gegensatz zur AFC kein Problem dar. Die Phosphorsäurebrennstoffzelle arbeitet in einem Temperaturbereich von 135 bis 200 ° C.

Theoretisch ist es ein Problem, die Temperatur und den Zustand der Phosphorschicht zu erhöhen. In der Regel wurden Kohlenstoff und Graphitteile für die Electoden verwendet. Der Vorteil dieses Typs ist, das ist bei der Kontroverse der Brenngases nicht der Fall.

Als Elektrolyt wurde Phosphorsäure H 3 PO 4 verdorben. Ein besonderer vorteil der Phosphorsäure ist der niedrige Dampfdruck waren Welcher jedoch nicht Ignoriert Kann, dh Flüssige Phosphorsäure verdampft dennoch langsam. Deshalb wird in einer Kühlzone von 160 bis 180 ° C und einer Summe von 30 ° C unter Betriebstemperatur abgekühlt. Somit wurde vom Electrolyte, gefördert von der Zelle ausitt und kann wieder zurück jeditet werden. Was in Phosphorsäure is a Matrix aus Siliziumkarbid eingepresst die between Anode Kathode Angebracht und ist und Durch Die wandern Für welchen Protons.

Wenn Katalysator Wird meist Platin oder Eine Platinlegierung used, da This in heißer Phosphorsäure H 3 PO 4 stabil Ist, katalytische Eigenschaften Haben und in ausreichender Menge auf der Erde vorhanden Ist, um sich für die Industriell Elektrodenbau einzusetzen. In neueren Entwicklungen Werden z. B. ein Platin-Ruthenium – Katalysator-Gemisch eingesetzt, der Womit die Kohlenmonoxidtoleranz Elektrode erhöht Wird. Heutzutage braucht man bovine Platin 0,25 mg pro cm² für sterben Anode und Platin 0,5 mg pro cm² für Cathode sterben.

Die Kühlungsmethoden umfassen Flüssigkeitskühlung, Luftkühlung und Wasserkühlung, die erweitert wird. That Waterkühlung unterscheidet sich grundsätzlich in zwei Arten. Bei beiden wird das Wasser in flüssiger Form in das Kühlsystem eingeführt. Bei der EINEN Tritt das Wasser aus wieder flüssig, war jedoch große eine Wäscherei benötigt, Da nur ein geringer Anteil eine Wärme aufgenommen wurden Kann Mischen. Bei der anderen TRITT Wäscherei in Zwei Phasen (flüssig / gasförmig) aus dem aus Kühlsystem, Wodurch bl ein Höherer Aufwand bei der Konstruktion des Kühlsystems entsteht, Dafür Weniger Wasser zum Kühlen benötigt Wird.

Reaktionsgleichungen

Gleichung
Anode {\ displaystyle \ mathrm {H_ {2} \ bis \ 2H ^ {+} + 2 \ e ^ {-}}}
Oxidations / Elektronenabgabe
Kathode {\ displaystyle \ mathrm {O_ {2} + 4H ^ {+} + 4 \ e ^ {-} \ bis \ 2H_ {2} O}}
Reduktion / Elektronenaufnahme
Gesamtreaktion {\ displaystyle \ mathrm {2H_ {2} + O_ {2} \ zu 2H_ {2} O}}
Redoxreaktion / Zell-Reaktion

Der Brennstoff einer PAFC ist Wasserstoff oder wasserstoffreiches Gas. Wird zur elektrochemischen Reaktion stattfinden. Wasserstoff wird zu Wasserstoffionen (H + ) oxidiert, wobei Elektronen (e  ) für eine Verschmelzung einer einzelnen Elektrode und eines Diffusors verwendet wurden. Diese Protonen wandern durch den Elektrolyt der Anode der Kathode. An der Kathode war Sauerstoff angeschlossen, es kommt zu einer elektrochemischen Reaktion zwischen Sauerstoff, Wasserstoffionen und Elektronen; dabei entsteht Wasser und Wärme.

Vor- und Nachteile gegenüber anderen Brennstoffzellen

Vorteile einer PAFC sind:

  • Robust
  • Erhohte Toleranz gegen Verstörungen des Brenngases
  • Auf der Kathodenseite Luft könnte verwöhnt werden (kein Reingas erforderlich)
  • Gute Dynamik
  • CO 2 -tolerant

Nachteile sind:

  • Geringes Leistungsdicht
  • Niedrige Lebensdauer (schreibt durch die äußersten aggressiven Elektrolyte vor )
  • CO ist ein Katalysatorgift , die Toleranz Gegenüber Kohlenmonoxid Liegt between (1-3%) Nimmt mit steigender Betriebstemperatur zu.
  • Anlagenwirkungsgrad eher niedrig

SAFC

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Bei den Feststoffen-Säure Brendensezzen (Solid-Säure-Brennstoffzelle, SAFC) bilden feste Phosphatesalze der Elektrolyten. Oberhalb von 220 ° C liegt die Protonenleitfähigkeit über von 0.05 (Ωcm) -1 und erreicht damit Werte von PEFC (um 0.1 (Ωcm) -1 ). Die Salzbildung von Phosphorsäure ist bekannt als die Zugabe von Alkaliphosphaten eingeleitet:

Cs 3 PO 4 + 2 H 3 PO 4 → 3 CSH 2 PO 4

Aktuell (SA) wird SAF mit dem Regen gewonnen, das durch Reformation aus Benzin gewonnen wurde. [1]

Einzelstunden

  1. Hochspringen↑ Kevin Bullis: Brennstoffzelle läuft mit Diesel. In: Technologiebericht . 27. Oktober 2010; abgerufen am 25. Februar 2017 .

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