直接碳燃料电池的工作原理_直接碳燃料电池的优点

　　直接碳燃料电池（DirectCarbONFuelCell，DCFC）是一种以碳及其衍生物为燃料的燃料电池，具有能量转换效率高、环境友好（无SOx和NOx排放，无噪音污染）、燃料适应性广等突出优点，是具有广阔应用前景的燃料电池。

　　直接碳燃料电池的原理

　　直接碳燃料电池（directcarbonfuelcell，DCFC）是将碳的化学能通过碳的电化学氧化过程直接转换为电能的装置，无需气化过程。这种技术的效率比目前的煤电厂高两倍，其燃料可包括煤、焦炭、焦油、气体碳和生物碳等。

　　由于DCFC总反应：

　　C+O2=CO2

　　因此，DCFC的理论能量转换效率甚至略微超过100％。DCFC要达到一个高的能量效率需要一个高的操作温度，它的两种高温操作方法是：（1）熔融电解质燃料电池，其运行温度为400～750℃；（2）SOFC，其运行温度为700～1000℃。

　　直接碳燃料电池的优点

　　（1）DCFC的能量转化效率高，其理论效率达100%以上。燃料电池的理论效率为燃料中的吉布斯自由能ΔG与燃料所蕴含的化学能（焓）ΔH之比。

　　（2）DCFC的燃料利用率可达100%。电池反应过程中，由于反应物固体碳和气态产物以单独的纯相存在，因此它们的化学势（活度）不变，不会随着燃料的转换程度和在电池内部的位置而改变。这一特点将使得所有加入的燃料可一次性完全转化掉，即利用率可达100%，而且在碳的全部转化过程中电池的理论电压能够保证恒定在1.02V。传统燃料电池，其燃料一次循环只能部分转化到一定程度，否则随燃料分压降低，电池电压下降，因此传统燃料电池需要对燃料进行反复循环，以保持燃料分压。

　　（3）DCFC的污染排放少，可实现温室气体的减排。从化学反应角度上，DCFC发电和火电站的直接燃煤发电都是利用煤炭的完全燃烧反应，但是由于发电原理的不同，DCFC发电所释放的污染物，如CO2，SOx，NOx，粉尘等，要远小于直接燃煤发电。

　　（4）DCFC的碳燃料资源丰富、廉价。可以从煤、石油焦、生物物质（如谷壳、果壳、秸秆、草）甚至有机垃圾中获得。通过热解技术将以上物质制备成DCFC的颗粒碳，同时副产的氢气可用于氢氧燃料电池。因此通过将直接碳燃料电池和其他燃料电池联合运用，可最大限度实现洁净高效地利用丰富廉价的煤等含碳固体燃料。

　　（5）DCFC的固体碳燃料能量密度大，储存、运输很方便。

　　（6）DCFC的结构可模块化设计。根据实际情况，可以经济方便地调整规模，另外作为固定电站不像燃煤热电站那样需要大量水。这些特点使得DCFC特别适于建设坑口电站，变输煤为输电，从而可降低煤在运输中造成的污染并节省运输费用。