什么是碱性燃料电池

碱性燃料电池

碱性燃料电池(AFC)和质子交换膜燃料电池的组件及其工作原理类似，总反应也一致，因是在碱性工作条件下进行，反应机理略有不同,其阴阳极的反应如下：

相比PEMFC，AFC有以下优点：

在阴离交换膜燃料电池中，离子与燃料的传导方向相反，这有利于降低电池中燃料的渗透;

氧化还原反应在碱性环境下的反应动力学过程较快，因此可以使用较为廉价的催化剂如铁、镍等代替贵金属催化剂(铂等)，降低燃料电池生产和运行成本;

碱性环境下较快的动力学过程使得甲醇、乙醇等可作为燃料使用;

碱性环境对金属催化剂的腐蚀性比酸性环境小，可以延长燃料电池电堆的使用寿命。

阴离子交换膜

碱性阴离子交换膜(AAEM)作为碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)的关键部分，在分离燃料和氧气(或空气)中起着至关重要的作用，并实现阴离子转移。实际应用中，要求AAEM具有良好的热稳定性、化学稳定性，足够的机械强度，一定的离子电导率。

阴离子交换膜(AEM)的性质直接决定着AEMFC的最终性能、能量效率和使用寿命，因此AEM必须克服自己的缺点，才能实现商业化。

AEM的导电率和机械稳定性之间的权衡，主要取决于离子交换容量(IEC)，官能团类型和膜的微结构。

IEC的增加产生一个更好的水化羟基运输网络，但同时导致过度的水溶胀和离子浓度下降。传统上，膜中的水吸收通过减少膜中阳离子的相对量而降低，然而，这也降低了材料的IEC，从而降低了离子电导率。

图2季铵型离子交换膜常见降解机理

AEM面临的另一个问题是碱性会促进常用的阳离子季铵基团发生降解。季铵盐作为离子交换基团的研究已进行了很多年，其主要问题是在碱性环境下容易被OH-亲核进攻而发生反应，使得离子交换基团部分降解为叔胺类等不带电结构，丧失离子交换能力。

季铵型离子交换膜的降解机理被认为主要有2种路径(图2)：直接亲核取代(路径1、2、3、4)，氢氧根直接进攻α-C，生成醇类与叔胺;经过加成-消除机理的霍夫曼消除(路径5)，OH-进攻β-H，形成α-β双键，同时生成胺类。