磷酸燃料电池的基本构件

磷酸燃料电池的主要构件有：电极、含磷酸的基质、隔板、冷却板、管路等。基本的燃料电池结构是含有磷酸电解质的基质材料置于阴阳两极之间。

1、电极及催化剂

电极由载体和催化剂层组成。用化学吸附法将催化剂沉积在载体表面，电化学反应就发生在催化剂层上。催化剂层的主要成分包括，碳载体、高度分散的铂催化剂及疏水介质(如聚四氟乙烯，PTFE)。铂催化剂的活性取决于催化剂的类型、晶粒尺寸及表面积等。晶粒愈小、比表面积愈大，催化剂的活性愈高。

碳载体的结构影响电极的性能和寿命。碳载体的主要作用如下:

(I)分散催化剂;

(2)为电极提供大量微孔;

(3)增加催化剂层的导电性。

目前用做碳载体的炭黑有两种类型，即乙炔炭黑和炉炭黑。

2、衬底

作为电极支撑材料的衬底，与催化剂层毗邻，可允许电子及反应气体通过。从性能上看，电极衬底应符合以下条件:

(1)在工作条件及磷酸环境下的稳定性;

(2)对电和热的良导性;

(3)多孔性，以使反应气体高效率地扩散;

(4)良好的机械强度，能承受高压运行。

在工作温度下，100%磷酸具有强腐蚀性，石墨被认为是首选材料。衬底的制作是将石墨纤维、酚醛树脂与粘结剂混合后压模，再在高温下进行烘烤。

3、电解质

选择磷酸作电解质是基于以下原因:

(1)可在高温下工作;

(2)可耐Cot;

(3)低蒸汽压;

(4)高的氧溶解度;

(5)高温下良好的离子导电性;

(6)高温下的低腐蚀速度;

(7)大的接触角(大于900).

4、基质

磷酸是盛装在基质中的，基质的作用是靠毛细作用将酸吸附在其内。对基质的要求包括:

(1)对磷酸有良好的毛细作用;

(2)电绝缘性;

(3)防止电池内反应气体交叉渗透;

(4)良好的导热能力;

(5)高温工作条件下的稳定性;

(6)足够的机械强度。

除机械强度外，目前的基质结构可满足其他要求。

5、分隔板

分隔板的作用是防止电池中阴、阳极气体混合，并使两电极导通。气体泄漏会导致性能降低，甚至出现危险情况。

对分隔板的要求如下:

(1)足够的气密性，以防止反应气体的渗透;

(2)在高温、高压及磷酸中化学性能稳定;

(3)良好的导电、导热能力;

(4)足够的机械强度。

6、供气系统

供气系统就是向电池堆供应两种反应气体的设备，分为两种类型，即内部和外部管路结构。在内部管路系统中，供气管路是由垂直于电池平面的、并贯穿电池堆元件的孔穴构成的。外部管路则通常是将管路箱接在电池堆的侧面。

管线的设计原则包括:

(1)尽可能小的压力降;

(2)绝缘性好;

(3)足够的化学稳定性;

(4)足够的机械强度;

(5)管线的焊接处在任何情况(包括突发事故)下都必须牢固，并且具有较低的热膨胀系数。

7、冷却系统

PAFC中有3种冷却方式:空气冷却，绝缘液体冷却和水冷却。从冷却性能来看，水冷最好，适用于较大电厂。而空气冷却相对水冷简单，适用于相对小的电站，但是需要相对较多的电能循环冷却空气，因而不可避免地造成净效率的降低。从冷却性能及系统整体考虑时，间接液体(油)冷却系统在性能上介于空气和水之间，然而它非常紧凑且不易腐蚀。