目前燃料电池研究的主流方向是什么？碳酸盐燃料电池有前景吗？

燃料电池直接从化学能（燃料）转换为电能，具有效率高、污染小等优点，近几年来受到各方面的高度重视。熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）在高温下工作（约650C），可以利用排p气余热和燃气轮机混合发电，因而有更高效率，是目前燃料电池研究的主流之一。

以往对MCFC燃料电池研究取得了许多成果，Proect）2.85MW的MCFC演示工程，上海交通大学研究成功的15kW的MCFC和正在研究的100kW的MCFC等。尽管如此，作为新一代的能源系统，燃料电池工作机理的许多方面，无论是电化学反应过程，还是热量质量传递过程，无论是电池内部氧化剂、燃料的流动过程，还是燃料电池的稳态和动态特性都需要进一步开展研究，只有在掌握规律的基础上，才能把这些过程组织好，使燃料电池真正能成为高效清洁的能源系统。

本文的重点是研究MCFC电池的动态特性。动态特性的探索不仅对燃料电池本身的温度分布、流动状态、性能变化规律的揭示是非常必要的，而且也为燃料电池与燃气轮机结合形成混合系统提供必不可少的基础数据。本文研究的MCFC模型的许多物理参数是从上海交通大学燃料电池研究所15kW的熔融碳酸盐燃料电池得到。

MCFC的内部特性单体的熔融碳酸盐燃料电池一般是平板型的，由电极-电解质、燃料流通道、氧化剂流通道和上下隔板组成，见。

燃料电池的工作过程为：燃料流中的H2在阳）发生氧化反应，和电解质中的C3-离子作用生成H2O和C2，释放出电子：+2e，氧化剂流中的O2在阴极（Cathode）和CO2作用，并捕获电子，生成CO3-进入电解质：（1/2）O2+CO2+2eCO3-，然后CO32-游离扩散到燃料流的Anode，补充消耗的CO3'Anode产生的电子通过外电路结ICathode，从而构成了一个包括电子传输和离子移动在内的芫整的回路。电化学反应的强度可以用单位时间内电极板-电解质上单位面积参加电化学反应物质的摩尔数来表示，即电化学反应率为可以看到电化学反应过程伴随着强烈的传质过程，上述工作过程已经说明了O2、CO2、CO3-、H2O的流向。燃料流中每消耗2g物质（玛），就有60g（1/2O2和CO2）物质从氧化剂一侧进入电极，形成CO3-，并穿越电解质，进入燃料流变成CO2和H2O，这个强烈的传质过程对燃料电池内部热力学特性的影响是显著的。传质强度可以用质量传递率来表示燃料电池内的热量产生和传递过程结合可以分析如下，电池内部产生的热量包括电化学反应产生的热量和电流产生的电阻热。电化学反应热主要是水的生成热，单位面积电化学反应热为/mol；DS为生成水的熵变，/（mol.K）；7；为电极板-电解质的平均温度，K.单位面积电流产生的电阻热为除了电化学反应热和电阻热外，还有燃料流、氧化剂流带入带出燃料电池的热量。下一节将建立热量和质量平衡方程，形成燃料电池动态过程的数学模型。

单体MCFC微元传质传热示意图MCFC的动态过程数学模型3.1概述在燃料电池内部热能传递的方式有：质量传递引起的传热燃料和氧化剂流对电极-电解质和隔板之间的相互对流传热电极-电解质和隔板之间的辐射传热等。