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磷酸燃料电池堆
资料介绍
一、技术定义与工作原理
磷酸燃料电池堆（Phosphoric Acid Fuel Cell Stack，简称PAFC）是一种以磷酸为电解质的中温型燃料电池系统，通过电化学反应将燃料（主要为氢气）与氧化剂（空气中的氧气）的化学能直接转化为电能。其核心组件包括阳极、阴极、磷酸电解质层及双极板，多组单电池通过串联方式集成形成电池堆，以满足实际应用的功率需求。
1.1 电化学反应机制
PAFC的电化学反应主要在电极-电解质界面发生，具体反应式如下：
阳极反应：H₂ → 2H⁺ + 2e⁻（氢气氧化释放电子和氢离子）
阴极反应：½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O（氧气与氢离子、电子结合生成水）
总反应：H₂ + ½O₂ → H₂O + 电能 + 热能（反应过程伴随约70%的能量转化效率，其中电能占40%-50%，其余以热能形式释放）
1.2 工作温度与电解质特性
PAFC的典型工作温度为150-220℃，在此温度下磷酸呈现良好的质子传导性（电导率约0.01-0.1 S/cm）。液态磷酸被吸附在碳化硅（SiC）或二氧化硅（SiO₂）等多孔基质中，形成稳定的电解质层，有效阻止燃料与氧化剂的直接混合，同时允许氢离子通过。
二、核心结构与组件设计
2.1 单电池结构
PAFC单电池由以下关键部分构成：
· 电极：采用碳纸或碳布为基材，负载铂（Pt）或铂合金催化剂（阳极催化剂载量约0.5-1 mg/cm²，阴极约1-2 mg/cm²），催化层通过聚四氟乙烯（PTFE）改性提升气体扩散性能。
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