有机化合物燃料电池有机物的阳极氧化

有机物都可以被氧化。在缓和的条件与氧或氧化剂作用而失去电子,并伴随化学反应生成有机氧化物;在剧烈的条件下与氧作用,并伴随化学反应的同时能发生光和热,即所谓燃烧;有机物的阳极氧化是有机物在电解槽的阳极上发生电解反应,失去电子的氧化反应。人们利用有机物燃烧放出的热能建立火力发电厂;人们也可以利用有机物阳极氧化做成燃料电池向人们提供电能。

研究表明:很多有机物可以在燃料电池的阳极氧化。与氧或空气组成有机物燃料电池。

有机物燃料电池省去了氢气制造与精制的过程,这在工艺上有重要意义,另外气体燃料改为液体燃料(有机燃料电池的有机物一般为液体),这将大大缩小燃料电池的体积。

1、烃类燃料电池

人们希望把天然气直接用作燃料电池的燃料,但其主要成分的甲烷等烃类在阳极上氧化十分困难。虽然把烃类直接作为燃料电池的燃料的研究已有10年以上的历史,但一直没有成功。从六十年代以来有关研究又活跃起来,对甲烷、乙烷、丙烷等低分子量饱和烃的阳极氧化进行了研究。出现了大量的研究报告,取得了进展和成果。

例如甲烷,它在较高的电位下可以在阳极上氧化,并且反应速度随温度升高而提高。在5N硫酸中,100℃时在白金电极上得到的氧化电流在电压。5VRHE(标准氢电位)下为100mAcm^-2。与氧电极组成的燃料电池的输出电压为0.3~0.4V。其它低级饱和烃的情况与甲烷类似。这里使用的催化电极以白金为最优。除白金以外的其它贵金属作电极时活性降低。一般金属的活性就更低了。这也许是烃类燃料电池实用化的最大障碍。

2、甲醇燃料电池

与烃类相比,甲醇的阳极氧化要容易得多。甲醇在很多金属电极上均可氧化。

由于甲醇容易在阳极氧化,可以把甲醇直接供给燃料电池在阳极进行氧化反应。这种电池称为甲醇燃料电池。由于甲醇比氢容易贮藏和输送,甲醇是液体,氢是气体,因此体积大大缩小。另外在水溶液系统的燃料电池中,甲醇在水中的溶解度比氢和烃大得多。因此把甲醇作为燃料电池的直接燃料是有魅力的。如果使用烃系高分子电解质,则甲醇燃料电池运转温度在60℃以下具有良好的特性。这种燃料电池的输出功率虽不如以氢为燃料的燃料电池,但可以期待作为搬运车用的电源和小型轻便多用途的可移动电源。

3、其它有机物燃料电池

已经研究过的有机物燃料电池是很多的。并且对分子能较大的有机物燃料电池也作过很多研究。例如:丙醇、丁醇、乙二醇、葡萄糖等燃料电池。

其中乙二醇在酸性溶液中在白金电极上的阳极氧化与甲醇差不多。添加锅和锌催化活性可以提高。另外铅和铂也有效。其进行氧化反应的电位约0.5VRHE,电流为1mAcm^-2以下。乙二醇在碱性溶液中的反应也很容易。添加铅和秘可使电极催化活性大大提高,在0.7VRHE附近可得到的最大电流值为100mAcm^-2。所以乙二醇燃料电池也是有希望的。

此类电池负极活性物质为CH₃OH、NH₂NH₂(肼)、烷烃、天然气甚至煤炭等有机物，正极为O2或空气等。例如甲醇-氧燃料电池，负极为含有少量贵金属催化剂的Ni电极，正极为Ag电极或载有催化剂的活性碳电极，电解液为H₂SO₄或KOH溶液等 。

燃料电池电堆组件包括燃料电池电堆、附件系统和升压 DC/DC，将这些部件集成在一起，使得整个组件更加小型化、轻量化，而且成本更低。

燃料电池通常是按构成的电解质来分类。开发最为盛行的有4种燃料电池。各种燃料电池，特别是其动作温度不相同，最先进行开发的磷酸型燃料电池（PAFC）约在200℃的温度下动作。相对于此，熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池均可应用在以石燃料为基本燃料的电厂内，可作为电力电源来利用。高温型燃料电池又可称之为是通过利用其高质量排气，来面向复合发电的燃料电池。