第二章part2-固体电解质在其他方面的应用

固体电解质在其他方面的应用分离氧或氢的氧泵或氢泵固体氧化物燃料电池电显色器锂离子电池材料一、分离氧或氢的氧泵或氢泵基本原理：在一定温度和气氛下不同种类的固体电解质各有其独特占优势的某种离子迁移。固体电解质分离气体的方法直流通电法浓差电池短路法离子电子混合导电法气相电解法1、直流通电法电极和电池反应：空气侧：减压侧：电池反应：-2)(2Oe2O21空气)(22212减压OeO)(2(221O21减压空气）O连续通以直流电，氧将从空气一侧不断抽至减压一侧，实现氧的分离，而得到纯氧。质子导电分离氢2、浓差电池短路法原理：不施加外电流，将两极直接用导线相连，由于空气一侧氧分压高，而纯氧一侧不断用泵将氧气抽走，氧压低，而形成浓差电池。电池电动势：减压空气22ln4OOPPFRTE减压空气22ln4OOPPFRTE电池两侧PO2相差越大，反应自发进行推动力越大。3、离子电子混合导电法原理：利用既具有离子导电又具有电子导电的固体电解质，直接构成氧浓差电池。不连接外导线，而利用电解质内部的短路电流实现空气中氧的分离。4、气相电解法原理：直流电解水蒸气制备氧，同时得到富氢气体，脱除水蒸气即可得纯氢。电极和电池反应：负极：正极：电池反应：2222OHeOH22212OeO222OHOH例：氧传感器在汽车尾气中的应用二、燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的化学系统主要部件为两个电极和电解质。在负极（燃料电极），燃料在催化剂作用下被拆开成为质子（氢离子）和电子，电子沿外电路从负极流到正极，质子通过电解质与氧离子结合后生成水并释放出热量。虽然称为燃料电池，其运作过程中并不会产生明火,产生电能的过程不需要旋转式发动机等运动部件。燃料电池构造简单，能量利用率高，噪音小而且稳定理论上，应用于汽车的燃料电池可以把氢燃料能量的60-70％转化为动能，而内燃机只能达到20-25％。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样经过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：满负荷或部分负荷均能保持高发电效率；不管装置规模大小均能保持高发电效率；具有很强的过负载能力；通过与燃料供给装置组合,可以适用的燃料广泛；用天然气和煤气等为燃料时，NOx及SOx等排出量少，环境相容性优。简单的说，燃料电池就是把化学反应的化学能直接转变为电能的装置。他与火力发电的区别在于燃料电池的能量转变过程是直接的。如下图：燃料电池的特点燃料电池最常用的分类方法是根据所用电解质的性质，分为5大类：①碱性燃料电池（AFC)②磷酸燃料电池（PAFC)③熔融碳酸盐燃料电池（MCFC)④固体氧化物燃料电池（SOFC)⑤质子交换膜燃料电池（PEMFC）AFC是最成熟的燃料电池，主要应用在空间技术方面；PAFC主要用于电站建设，50~250KW电站已进入商业化阶段，MCFC工作电站已达到MW级SOFC主要用于电站建设PEMFC在20世纪90年代以来发展很快，是最有发展潜力的燃料电池。燃料电池的分类4固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效、环境友好的特点外，无材料和电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的余热可以充分利用，使其综合效率由50%提高到70%以上；燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。固体氧化物燃料电池的工作原理三、电显色器固体电显色材料是在外电场下或通电流时可以可逆地发生颜色变化的物质，这种效应称为电致变色效应。特点：当电子注入或抽出时，即在化合物改变时，伴随颜色发生变化。电显色作用使人们能用电化学方法驱动和调节光的透射和反射，可以用作电显色玻璃。电显色作用的重要用途之一为控制建筑物的辐射能的转变。