聯氨空氣鹼性燃料電池

聯氨空氣鹼性燃料電池

聯氨空氣鹼性燃料電池(Hydrazine air alkaline fuel cell)是一種以聯氨做燃料的燃料電池。聯氨空氣鹼性燃料電池具有燃料易運輸與儲存、重量輕、體積小、能量效率高等優點,具有廣闊的套用前景,尤其適用於攜帶型電源 。

工作原理

聯氨分子結構示意圖 聯氨分子結構示意圖

聯氨,又名肼(N2H4),是一種無色發煙的、具有腐蝕性和強還原性的強鹼性液體,有毒,有刺激性臭味,相對密度為1.013,沸點為113.5℃,有吸濕性,需密封在陰涼處保存。國防科技上主要用於火箭和噴氣發動機的燃料部分。在軍事上,聯氨空氣鹼性電池作為體積能量密度高、無噪音及攜帶輕便的電池電源裝置,已引起了人們越來越大的興趣。

聯氨分子的結構示意圖如右圖所示。聯氨分子中只含有氮元素和氫元素,完全反應後只有氮氣和水。氮氣占空氣總量的79%,因而作為合成聯氨的原材料,來源廣泛。

聯氨發生電化學完全反應時,產物只有氮氣和水,DHFC的半電池反應和總反應如下式:

聯氨空氣鹼性燃料電池 聯氨空氣鹼性燃料電池

陽極反應:

聯氨空氣鹼性燃料電池 聯氨空氣鹼性燃料電池

陰極反應:

聯氨空氣鹼性燃料電池 聯氨空氣鹼性燃料電池

總反應:

優勢

聯氨空氣鹼性燃料電池具有燃料易運輸與儲存、重量輕、體積小、能量效率高等優點,具有廣闊的套用前景,尤其適用於攜帶型電源。

環保

聯氨發生電化學完全反應時,產物只有氮氣和水,因而反應過程較環保。

簡便

在整個電池反應中,生成物為氮氣和水,電子在外電路定向移動形成電流,氮氣和水都很容易從電池中直接排出,因此DHFC燃料電池系統設計較簡單。

局限性

與質子交換膜燃料電池不同的是,聯氨從陽極向陰極的滲透是DHFC發展的一個問題,聯氨正離子具有較高的擴散速率,這樣聯氨就很容易從陽極通過電解質滲透到陰極,這會帶來兩個負面影響:一是降低了聯氨的利用率,二是滲透過來的聯氨與氧在陰極催化劑上的反應相互競爭,在陰極形成混合電位,降低了陰極催化劑和氧的利用率,導致電池性能明顯下降。

聯氨空氣鹼性燃料電池的套用

燃料電池系統示意圖 燃料電池系統示意圖

一種新型聯氨空氣鹼性燃料電池屬封閉型,可防止討厭氣體逸入大氣。100W燃料電池電解液中的聯氨含量 為2%,採用鉑陽 極和鎳陰極,電流密度為600mA/cm3,是一種自控式實用電池 。

裝置在圓形套中的燃料電池可在各種位置狀態下工作。這種燃料電池特別適合用作氣象儀器的組件,空投在高山、冰山和冰川上使用。

法美合作研究開發出一種緊密(湊)型10kw聯氨空氣鹼性燃料。該裝置採用兩個隔離的電解液迴路。補充的燃 料和 氧化劑經計量進入回流中,以使反應物的濃度保持穩定。如右圖所示,用銀作過氧化氫電極,用鈷作聯氨電極。

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