各种燃料电池发电技术综合比较
(1)AFC:与其它燃料电池相比,AFC功率密度和比功率较高,性能可靠。但它要以纯氢做燃料,纯氧做氧化剂,必须使用pt、Au、Ag等贵金属做催化剂,价格昂贵。电解质的腐蚀严重,寿命较短,这些特点决定了AFC仅限于航天或特种应用,不适合于民用。
(2)pAFC:以磷酸做为电解质,可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得pAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行,燃料气和空气的处理系统大大简化,加压运行时,可组成热电联产。但是,pAFC的发电效率目前仅能达到40%一45%(LHV),它需要贵金属铂做电催化剂;燃料必须外重整:而且,燃料气中C0的浓度必须小于1%(175℃)一2%(200℃),否则会使催化剂中毒;酸性电解液的腐蚀作用,使pAFC的寿命难以超过40000小时。pAFC目前的技术已成熟,产品也进入商业化,做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源,pAFC还有市场,但用作大容量集中发电站比较困难。
(3)MCFC:在650℃一700℃运行,可采用镍做电催化剂,而不必使用贵重金属:燃料可实现内重整,使发电效率提高,系统简化;CO可直接用作燃料;余热的温度较高,可组成燃气/蒸汽联合循环,使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比,MCFC的优点是:操作温度较低,可使用价格较低的金属材料,电极、隔膜、双极板的制造工艺简单,密封和组装的技术难度相对较小,大容量化容易,造价较低。缺点是:必须配置C02循环系统;要求燃料气中H2S和CO小于0.5ppM;熔融碳酸盐具有腐蚀性,而且易挥发;与SOFC相比,寿命较短;组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比,MCFC的缺点是启动时间较长,不适合作备用电源。MCFC己接近商业化,示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看,MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。
(4)SOFC:电解质是固体,可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、pAFC和MCFC)相比,SOFC避免了电解质蒸发和电池材料的腐蚀问题,电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料,使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右,燃料可以在电池内进行重整。由于运行温度很高,要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比,SOFC的启动时间较长,不适合作应急电源。与MCFC相比,SOFC组成联合循环的效率更高,寿命更长(可大于40000小时);但SOFC面临技术难度较大,价格可能比MCFC高。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一,既可用作中小容量的分布式电源(500kw一50MW),也可用作大容量的中心电站(>l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范,将使SOFC的优越性进一步得到体现。
(5)pEFC:pEpC的运行温度较低(约80℃),它的启动时间很短,在几分钟内可达到满负荷。与pAFC相比,电流密度和比功率都较高,发电效率也较高(45%一50%(LHV)),对CO的容许值较高(<10ppm)。pEFC的余热温度较低,热利用率较低。与pAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比,它具有寿命长,运行可靠的特点。pEFC是理想的可移动电源,是电动汽车、特种、航天器等移动工具电源的理想选择之一。目前,在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场,不适合做大容量中心电站。