磷酸型燃料電池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)是以磷酸為導(dǎo)電電解質(zhì)的酸性燃料電池，依靠酸性電解液傳導(dǎo)氫離子。PAFC被稱為繼火電，水電、核電之后的第四種發(fā)電方式，是目前使用最多的燃料電池之一，是最早成為商品的燃料電池技術(shù)。PAFC以天然氣為燃料的11kW PAFC驗(yàn)證性電站已建成并投入運(yùn)行。它的綜合熱效率可達(dá)到70%-80%。

【陸地方舟電動(dòng)汽車網(wǎng)ddc.】采用PAFC 50-250kW的獨(dú)立發(fā)電設(shè)備能夠作為分散的發(fā)電站用于醫(yī)院、旅館等。許多醫(yī)院、賓館和軍事基地使用磷酸燃料電池覆蓋了部分或總體所需的電力和熱供應(yīng)。多半因其溫度問(wèn)題，使這一技術(shù)在車輛中的應(yīng)用很少。實(shí)踐已經(jīng)證明了PAFC電站運(yùn)行的可靠性。

PAFC的電池片由燃料極、電解質(zhì)層、空氣極構(gòu)成。燃料極和空氣極都是由基材及肋條板催化劑層所組成，是兩塊涂布有催化劑的多孔碳素板電極。電解質(zhì)層是用來(lái)保持磷酸的，它是經(jīng)濃磷酸浸泡的碳化硅系電解質(zhì)保持板。

磷酸(H3P04)是一種黏滯液體，它在燃料電池中通過(guò)多孔硅碳化物基體內(nèi)的毛細(xì)管作用予以儲(chǔ)存。燃料中的氫原子在燃料極釋放電子成為氫離子。氫離子通過(guò)電解質(zhì)層，在空氣極與氧離子發(fā)生反應(yīng)生成水，其電極反應(yīng)與PEMFC一樣。將數(shù)枚單電池片進(jìn)行疊加，為降低發(fā)電時(shí)內(nèi)部的熱量，每枚電池片中疊加進(jìn)冷卻板，輸出功率穩(wěn)定的基本電池堆就構(gòu)成了。基本電池堆再加上用于上下固定的構(gòu)件、供氣用的集合管等構(gòu)成PAFC的電池堆。電池堆的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

PAFC的工作原理如圖2所示。PAFC使用液體磷酸為電解質(zhì)，通常位于碳化硅基質(zhì)中。當(dāng)以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑時(shí)，在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其電化學(xué)反應(yīng)與PEMFC一樣。

圖1 PAFC的電池堆結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 PAFC的工作原理

陽(yáng)極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為

總的電化學(xué)反應(yīng)為

PAFC與其他類型燃料電池相比，具有以下特點(diǎn)。

①PAFC與PEMFC及AFC不同的是不需要純氫作燃料，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、電解質(zhì)揮發(fā)度低、應(yīng)用了廉價(jià)的電解液，及其合理的啟動(dòng)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。目前，PAFC能成功地用于固定的應(yīng)用，已有許多發(fā)電能力為0.2-20Mw的工作裝置被安裝在世界各地，為醫(yī)院、學(xué)校和小型電站提供動(dòng)力。

②PAFC的工作溫度比PEMFC和AFC的略高，位于150～200℃。工作壓力為0.3～0.8MPa，單電池的電壓為0.65-0.75V。較高的工作溫度使其對(duì)雜質(zhì)的耐受性較強(qiáng)，當(dāng)其反應(yīng)物中含有1%～2%的CO和百萬(wàn)分之幾的s時(shí)，PAFC可以正常工作。盡管PAFC的工作溫度較高，但仍需電極上的白金催化劑來(lái)加速反應(yīng)．

③高運(yùn)行溫度（150℃以上）引起的另一問(wèn)題是與燃料電池堆升溫相伴隨的能量損耗。每當(dāng)燃料電池啟動(dòng)時(shí)，必須消耗一些能量（即燃料）在加熱燃料電池直至其運(yùn)行溫度上；反之，每當(dāng)燃料電池關(guān)閉時(shí)，相應(yīng)的一些熱量（即能量）也將被耗損。若應(yīng)用于車輛上，由于市區(qū)內(nèi)駕駛情況通常是短時(shí)運(yùn)行，該損耗是顯著的。然而，在公共交通運(yùn)輸情況下，對(duì)于公共汽車這一問(wèn)題是次要的。即PAFC可用作公共汽車的動(dòng)力，而且有許多這樣的系統(tǒng)正在運(yùn)行，不過(guò)這種電池很難用在轎車上。

④磷酸電解液的溫度必須保持在42℃（磷酸冰點(diǎn)）以上。凍結(jié)的和再解凍的酸將難以使燃料電池堆激化。保持燃料電池堆在該溫度之上，需要額外的設(shè)備，這就需增加成本、復(fù)雜性、重量和體積。就固定式應(yīng)用而言是次要的，但對(duì)車輛應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不相容的。

⑤PAFC的缺點(diǎn)是采用了昂貴的催化劑（鉑）、酸性電解液的腐蝕性、二氧化碳的毒化和低效率．用貴金屬白金作催化劑成本較高，如燃料氣中CO含量過(guò)高，則催化劑容易毒化而失去催化活性。PAFC的效率比其他燃料電池低，約為40%，其加熱的時(shí)間也比質(zhì)子交換膜燃料電池長(zhǎng)。