重組式甲醇燃料電池(,縮寫:RMFC)或非直接甲醇燃料電池(,縮寫:IMFC)是一種以甲醇 (CH3OH)作為燃料的質子交換膜燃料電池的子類別。其具有高效率、模組小、可在低溫運作及無須水管理系統等特點。甲醇在送入燃料電池前,會先經過進行甲醇重組反應。且甲醇在-97.0 °C至64.7 °C間皆為液態,使此種燃料電池可在較低溫度運作。需要權衡的是RMFC系統運行在較熱的溫度下,因此需要更先進的散熱管理和隔熱。發電後產生純水和二氧化碳。
甲醇所攜帶的每一個氫原子皆可被高溫重組反應形成氫氣,或低溫反應成烴。甲醇可由自然界的生物分解得到,具有不亞於氫氣的高能量密度。
重組式甲醇燃料電池內有燃料製程系統、燃料電池、燃料匣及電池系統週邊組件(BOP)。
與直接甲醇燃料電池(DMFC)系統相比,RMFC系統具有許多優勢,包括更高的效率、更小的電池堆、對甲醇純度要求更低、無需水管理、更好的低溫運行性能以及在零下溫度下儲存。這是因為甲醇在-97.0至64.7°C(-142.6至148.5°F)的溫度範圍內呈液態,而且電池中不存在液態甲醇-水混合物,避免了DMFC在霜凍情況下可能出現的膜損壞。
- 直接甲醇燃料電池(DMFC)比較
https://en.wikipedia.org/wiki/Reformed_methanol_fuel_cell
反應器甲醇燃料電池(RMFC)效率更高的原因在於,RMFC使用氫氣而非甲醇作為燃料,並且氫氣在陽極上的過電位(催化轉化過程中的功率損失)遠低於甲醇。但缺點是RMFC系統需要在更高的溫度下運行,因此需要更先進的熱管理和隔熱措施。這類燃料電池的廢棄物是二氧化碳和水。甲醇之所以被用作燃料,是因為它天然富含氫(氫載體),並且與其他碳氫化合物燃料相比,可以在較低溫度下進行蒸汽重整製氫。此外,甲醇天然存在、可生物降解且能量密度高。以上參見
儲存和燃料成本https://en.wikipedia.org/wiki/Reformed_methanol_fuel_cell
燃料盒用於儲存甲醇燃料。根據系統設計,RMFC系統通常使用100%甲醇(IMPCA工業標準)或甲醇與高達40%(體積比)水的混合燃料。 100%甲醇的燃料消耗量低於水-甲醇混合燃料(預混燃料),但陰極水分冷凝會增加燃料電池系統的複雜性。
RMFC的燃料成本通常約為0.4-1.1美元/千瓦時[需要引用](傳統甲醇)或0.45-1.3美元/千瓦時[需要引用](由城市垃圾或再生電力生產的可再生甲醇)。相較之下,對於氫燃料低溫PEM燃料電池,傳統氫氣(以瓶裝形式)的成本約為4.5-10美元/kWh。燃料盒存儲甲醇燃料,這常常是與最高達40%稀釋(按體積計)的水。
燃料處理系統(FPS燃料)https://en.wikipedia.org/wiki/Reformed_methanol_fuel_cell
甲醇→部分氧化(POX)/自熱重整(ATR)→水煤氣轉換反應(WGS)→優先氧化(PROX) 甲醇重整器將甲醇轉化為H2和CO2,此反應在250℃至300℃的溫度下進行。
燃料電池
→膜電極組件 (MEA) 燃料電池堆透過氫氣 (H2,由燃料處理器中的甲醇重整制得) 和氧氣 (O2) 的反應產生電能,並產生水 (H2O) 作為副產物。通常,RMFC 使用低溫質子交換膜燃料電池 (LT-PEMFC) 或高溫質子交換膜燃料電池 (HT-PEMFC)。
- 廢氣燃燒器 (TGC) 催化燃燒後燃燒器或(催化燃燒),以鉑-氧化鋁 (Pt-Al2O3)[3] 催化劑→冷凝器
- 輔助設備
輔助設備 (BOP) 包括循環系統中氣體和液體所需的燃料泵、空氣壓縮機和風扇。通常還需要控制系統 來運作和監控 RMFC。
RMFC 發展現狀和商業產品https://en.wikipedia.org/wiki/Reformed_methanol_fuel_cell
RMFC 系統已發展到相當成熟的階段。例如,Ultracell 為美國軍方開發的小型系統[1]已滿足美國陸軍通訊電子研究、開發和工程中心設定的環境耐受性、安全性和性能目標,並已實現商業化。
功率範圍從 350W 到 8MW 的大型系統也可用於多種應用,例如發電廠發電、備用電源、緊急電源、輔助動力裝置 (APU) 和電池續航里程擴展(電動車、船舶)。與柴油或汽油發電機相比,RMFC 系統的維護週期通常要長得多,因為無需更換機油濾清器和其他引擎維修零件。因此,在離網應用(例如公路養護)和偏遠地區(例如電信、山區)使用 RMFC 通常比柴油發電機組更受歡迎。
此外,甲醇的生物降解性、再生甲醇的使用、低燃料成本、無顆粒物/氮氧化物排放、低噪音和低油耗(長燃料供應週期)等特性也被視為優點。
電動跑車 Gumpert Nathalie 就採用了 RMFC 技術。
丹麥公司 Blue World Technologies 正在建造全球最大的間接式甲醇燃料電池堆生產工廠,用於汽車應用。
使用 RMFC 的公司:
RMFC燃料電池框圖
請參見
https://en.wikipedia.org/wiki/Reformed_methanol_fuel_cell
電池系統週邊組件
電池系統週邊組件包含:燃油泵、氣體壓縮機、冷卻風扇、循環系統、元件控制系統等。
參見
*
- 甲醇经济
- 燃料電池
參考資料
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