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Nach der zunehmenden Nachfrage nach nachhaltiger Energie werden alkalische Brennstoffzellen (AFCs) immer beliebter.Diese Brennstoffzelle kann nicht nur Energie sparen und Kohlenstoff reduzieren, sondern hat auch eine Umwandlungseffizienz von bis zu 70%, wodurch sie im Mittelpunkt aller Lebensbereiche im Mittelpunkt steht.Alkalische Brennstoffzellen verwenden Wasserstoff und reines Sauerstoff als Rohstoffe, um trinkbares Wasser, Wärmeenergie und Elektrizität zu erzeugen.
alkalische Brennstoffzellen verlassen sich auf Redoxreaktionen, um durch die Wechselwirkung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Energie zu erzeugen.
Das Kernbetriebsprinzip von alkalischen Brennstoffzellen beinhaltet die molekulare Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff.Bei der negativen Elektrode wird Wasserstoff oxidiert und die Reaktion wie nachstehend beschrieben:
H2 + 2OH- ⟶ 2H2O + 2E-
Dieser Prozess erzeugt Feuchtigkeit und freisetzt Elektronen, die mit dem externen Schaltkreis zur positiven Elektrode fließen, wo es eine Reduktionsreaktion mit Sauerstoff erfährt:
O2 + 2H2O + 4E- ⟶ 4OH-
Die gesamte Reaktion verbraucht ein Sauerstoffmolekül und zwei Wasserstoffmoleküle, wodurch zwei Wassermoleküle erzeugt werden und gleichzeitig Elektrizität und Wärme freigesetzt werden.
Der Elektrolyt einer alkalischen Brennstoffzelle ist normalerweise eine gesättigte wässrige alkalische Lösung wie Kaliumhydroxid (KOH).Solche Systeme sind jedoch empfindlich gegenüber Kohlendioxid (CO2).Wenn Kohlendioxid in der Luft enthalten ist, kann KOH in Kaliumcarbonat (K2CO3) umgewandelt werden, was die Leistung von Brennstoffzellen betrifft.Obwohl CAD darüber argumentiert hat, gibt es unter Akademikern keine Einigung.
Aufgrund der Komplexität des Prozesses verstehen viele Forscher, dass das Vergiftungsproblem von alkalischen Brennstoffzellen je nach Situation irreversibel oder erholbar sein kann.
alkalische Brennstoffzellen können in zwei Kategorien unterteilt werden: statische Elektrolyte und Durchflusselektrolyte.Statische Elektrolyte verwenden normalerweise Asbest -Isolierungsschichten mit gesättigten Kaliumhydroxid, die nach der Gründung von Wasser recycelt werden können.Im Gegensatz dazu ermöglicht das Durchfluss -Elektrolyt -Design den Elektrolyten zwischen den Elektroden, was die Wassererzeugung und -entfernung besser bewältigen kann.
Die Vorteile des Designs von Lithiumhydroxidsystemen liegen in den niedrigen Kosten und in der Fähigkeit, Elektrolyte zu ersetzen, obwohl es derzeit hauptsächlich in einer reinen Sauerstoffumgebung betrieben wird.Ein solches Design reduziert die Kosten für die Materialauswahl, da der erforderliche Katalysator mit nicht-regelmäßigen Metallen verwendet werden kann, und Materialien wie Eisen oder Kupfer können effektiv verwendet werden.
Die elektrische Effizienz von alkalischen Brennstoffzellen ist im Allgemeinen höher als die von Brennstoffzellen auf Säureelektrolytbasis, dank der Vorteile, die sie zur Chemie bringen.
Im Vergleich zu sauren Brennstoffzellen haben alkalische Brennstoffzellen eine bessere elektrochemische Kinetik im Betriebstemperaturbereich (auf 90 ° C).Bei der Verwendung von Katalysatoren verringert der Bedarf an Katalysatoren den Schwellenwert für die Auswahl und senkt die Produktionskosten.
Gegenwärtig sehen alkalische Brennstoffzellen in der kommerziellen Entwicklung ziemlich gut aus, und viele neue Produkte werden ständig auf den Markt gebracht, um die Anwendung dieser Technologie zu stärken.Zum Beispiel haben einige Unternehmen eine bipolare Version der Technologie entwickelt, die die Leistung erheblich verbessert hat.Dies legte die Grundlage für zukünftige Anwendungen, wie das erste Schiffsschiff "Hydra", das das AFC-System verwendet.
Zusätzlich löste das Auftreten von festen alkalischen Brennstoffzellen mit festen Anionenaustauschmembranen, um flüssige Elektrolyte zu ersetzen, das Problem der Vergiftung erfolgreich, während sie den sicheren Betriebsbereich erweitert und es ermöglicht, effektiv wasserstoffreiche Träger wie flüssige Harnstofflösungen oder Metallaminkomplexe zu verwenden.
Bei der Weiterentwicklung der alkalischen Brennstoffzellentechnologie müssen wir jedoch auch über die Zukunft dieser Technologie nachdenken.Kann es einen Platz auf dem künftigen Markt für erneuerbare Energien gewinnen und zu einer umweltfreundlicheren und effizienteren Energieoption werden?
