[发明专利]一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法

说明书

一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，选用管式结构的电解质，组建一种电池反应系统，在电池系统中加入三电极测试装置，在不同的反应温度下，通过参比电极，研究阴极和阳极的极化情况。通过设计实验，研究不同反应条件下，电池的放电性能，获得阴阳两极的极化特性曲线，确定最佳的电池反应条件，根据实验结果，对三电极测试装置进行优化，改善阴阳两极的极化情况，完善燃料电池反应系统。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法。

背景技术

在我国的天然能源调查中，我们不难发现其中不可再生资源，例如煤炭的消费量高达七成，然而石油以及天然气的消费量却仅占两成，毕竟我国总体上也是“煤多油少”。现阶段全球人口不断增加，中国也在高速发展，我们越来越需要更多的能源来改善我们的生活，但是不可再生资源是有限的，总有一天我们会将它消耗殆尽，所以我们需要提高现有不可再生资源的利用率，与此同时像太阳能、风能、核能等可再生能源越来越受人们的关注。根据我国能源可持续发展原则，在使用能源的同时，如何将能源最大化利用也值得被人们考虑。尤其是在中国，煤炭作为最丰富、最廉价的化石燃料，是一种重要的电力来源。目前，煤中储存的能量通过热能发电技术转化为电能。这种过程包括煤在非常高的温度下在空气中燃烧，导致能源的严重浪费，以及全球气候变化等环境问题。因此，使用更高效、更清洁的工艺将煤的化学能转化为电能是迫切而重要的。

燃料电池发电作为与传统的火力发电、水力发电和核能发电原理完全不同的一种新型发电方式，其优点是不需要发电机、汽轮机等能量转换装置，而是直接将燃料的化学能转化为电能，这样一来燃料电池发电可以省去多次能量转化带来的能量损失，大大提高了能源的利用率。燃料电池作为一种突破性的新能源生产形式，是一种21世纪首选高效清结的发电技术。

燃料电池系统中的燃料与电力的转化效率普遍比火力发电的效率高出1.5倍。由于燃料电池可以直接将燃料的化学能→为电能，不会像以前的火力发电那样有过多的能量转化形式(化学能→热能→机械能→电能)——这些能量的转化方式或多或少都会有能量损失，如此一来则大大降低了煤炭的利用率，间接增加了污染；而燃料电池可以避免上述多级能量转化方式带来的能量损失，进而提高发电效率。

燃料电池在1838年由Christian首先提出，当时被称为气态电池，后由Mond和Langer两人以铂黑作为电池的电极，氧离子导体作为电池的电解质，进行了电池测试运行，并把这种电池更名燃料电池。燃料电池电解质的类型可分为以下几类：熔融氢氧化物、熔融碳酸盐、质子交换膜、碱性材料(KOH)、磷酸以及固体氧化物等。这些电解质对应{(MHFC)、(MCFC)、(PEMFC)、(AFC)、(PAFC)、(SOFC)}这几种类型的燃料电池[1]。

与磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池这两种需要催化剂电池相比，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池(两种工作温度在500℃至1000℃)则不需要催化剂。而且这两种电池排放的CO气体也可以收集起来作为燃料循环利用。

三电极系统，顾名思义相比于传统的两电极(阴极和阳极)系统多了一个电极，分为如下三种，但结构都大相径庭。大体上包括工作电极(WE)、对电极(CE)、参比电极(RE)，其中，CE又叫辅助电极。三电极系统中最特殊的就是RE，不同于其他两个电极，RE的电势最高而且电流几乎不通过RE相当于断路，不过RE却是整个电池的一个参照物，通过RE我们可以获取阴阳两极之间的很多电化学性质，电池如果出现问题，通过参比电极可以知道究竟是剩下两极中哪一极出了问题，而且三电极体系下WE的电压也比两电极体系更稳定，三电极体系因此得以在许多电化学实验中使用。

未来清洁发电将是我们重点关注的对象，前几种燃料电池都已广泛应用或者即将应用，技术比较成熟。但固体氧化物燃料电池作为一种集众多能源生成优点于一身并且清洁高效的电池，但是对于其的性能测试仍不完善。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种具备三电极结构的碳燃料电池系统的测试方法，旨在解决现有技术存在的问题。