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Chapter 5 Alkaline Electrolyte Fuel Cells

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1 Chapter 5 Alkaline Electrolyte Fuel Cells

2 5.1 歷史背景與總覽 鹼性燃料電池最早於1902年出現在美國專利上。
直至1940年代及1950年代由劍橋的F.T.Bacon證實其有效功率。 1969年成功應用於Apollo任務中搭載人類至月球。

3 AFC之反應方程式 陽極半反應方程式: 陰極半反應方程式:

4 兩種不同功率的AFC實例圖

5 鹼性燃料電池主要優點 比起酸性電解質燃料電池,鹼性燃料電池陰極的活化過電壓較小。 可以使用非貴金屬材料作電極。 不需仰賴國外進口原料。

6 AFC之電解質 AFC之電解質為鹼性溶液,一般為KOH或NaOH,因為其 具有以下優點: 成本較低 高溶解度 腐蝕性較低

7 5.2 鹼性燃料電池的形式 鹼性燃料電池的形式分為三類: 移動式電解質 固定式電解質 液化燃料鹼性燃料電池

8 移動式電解質 反應方程式: 缺點: 在電解質周圍需要額外的設備,如pump。 流體具腐蝕性。 管道容易發生洩漏。

9 鹼性燃料電池示意圖(移動式)

10 移動式電解質的優點 循環的電解質可對燃料電池提供冷卻系統。 電解質會持續流動以避免濃度過高而導致凝固。 維持陽極的濃度。
當電解質過稀時,可容易的添加新溶液。

11 固定式電解質 優點: 電解質處不需要pump。 沒有內部‘短路’的問題。

12 鹼性燃料電池示意圖(固定式)

13 液化燃料鹼性燃料電池 此類燃料電池理想的燃料為聯胺(hydrazine)。 具有成本低、小型化、簡單及容易補充等優點。
缺點為聯胺有毒、致癌且具爆炸性。

14

15 此類液化燃料也可以甲醇替代,以下為甲醇陽極半反應式:

16 5.3 鹼性燃料電池之電極 鹼性燃料電池之電極分以下三種: 鎳粉末燒結(Sintered nickel powder)
Raney metals 滾製電極(Rolled electrodes)

17 利用滾壓方式製作電極

18 5.4 操作壓力及溫度

19 不同KOH溶液濃度對於蒸氣壓力與溫度之關係圖

20 5.5 問題及發展 AFC目前應用率較低,主要是因為二氧化碳與氫氧離子反應生成碳酸鹽,其影響有以下幾項: 濃度減少,陽極反應率降低。
黏滯力增加,擴散率減少,降低電流極限及增加質傳損失。 碳酸鹽溶解度降低,最後形成沉澱阻塞住電極細孔。

21 4. 氧氣溶解度減少,陰極活化損失增加。 5. 電解質傳導性減少,歐姆損失增加。 6. 電極性能可能會降低。


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