熔融碳酸鹽電池(MCFC)

MCFC屬高溫燃料電池，其工作溫度在600～650℃。作為第二代燃料電池在近10余年來獲得了長足進展。MCFC被美國認為是下一世紀的燃煤電廠的光明未來。美國投巨資建造了一座2MW的MCFC工廠。日本也在準備開發1MW的MCFC工廠。MCFC的電解質采用碳酸鋰和碳酸鉀構成的共晶混合物，離子導體是碳酸根。單電池系統由一個陽極、一個陰極及電解質組成。氧和CO2陰極反應形成碳酸根，碳酸根通過熔鹽電解質擴散到陽極，與此同時碳酸根與氫反應將氫氧化，給出電子，進入外電路。MCFC采用重整產物如氣態CO和H2的混合物作燃料。電極反應是：

陽極：H2+CO32-→H2O+CO2+2e-;CO+CO32-→2CO2+2e-(少量);

遷移反應：CO+H2O→H2+CO2;

陰極：1/2O2+CO2+2e-→CO32-;

總反應：H2+1/2O2→H2O。

通過該化學反應方程式可知如果要產生2F的電量，陰極必須消耗1molCO2，而陽極則產生1molCO2。因此為保持電解質成分不變，需要使CO2實現循環。

MCFC的優點：

(1)較高的工作溫度。由于電極反應活化能較小，不論是氫的氧化還原，還是氧的還原，都不需要高效催化劑，不用使用貴金屬，使成本降低;

(2)余熱高。電池排放的余熱溫度高達400℃，可以回收利用，總效率以可達90%以上;

(3)燃料氣體對CO含量要求降低，可以直接使用如煤制氣等燃料;

(4)可以不用水冷卻，尤其適用于缺水的偏遠地區。

缺點：

(1)將陽極產生的CO2重新輸送到陰極，需增加CO2循環系統，增加了電池系統結構的復雜性;

(2)高溫工作環境以及強的腐蝕性電解質對電池各種材料的耐腐蝕性要求嚴格，影響電池壽命;

(3)電池邊緣的高溫濕密封技術難度大，特別是在遭受腐蝕嚴重的陽極區。

固體氧化物燃料電池(SOFC)

SOFC是一種全固態發電系統，它是以固體氧化物為電解質在高溫環境下(約1000℃)工作，以確保其各部分元件有適當的離子和電子導電率。其剖面如圖5所示。氧離子(O2-)是陰極與電解質的界面電子將電荷轉移給氧分子以所產生。氧離子與陽極板表面的H2和CO結合分別產生H2O和CO2，并釋放電子連通電路。各電極反應為：陰極：1/2O2+2e-→O2-;陽極：H2+O2-→H2O+2e-;電池總反應：H2+1/2O2→H2O(CO+1/2O2→CO2)。

持續向SOFC的陽極一側通入氣體燃料，如氫氣(H2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)等，陽極表面呈多孔結構并且具有催化作用，利用陽極表面吸附燃料氣體，通過多孔結構擴散到陽極與電解質的界面。向陰極一側持續通入氧氣或空氣，陰極板結構與陽極相同，利用陰極表面的多孔結構吸附氧，并且通過催化作用，使得O2得到電子變為O2-，在化學勢的作用下，氧離子進入電解質，利用濃度梯度引起擴散，最終到達固體電解質與陽極的界面，與燃料氣體發生反應，電子利用電壓差通過外電路回到陰極。

SOFC的優點包括：

(1)不必使用貴金屬作催化劑，可直接使用氫氣、烴類(甲烷)、甲醇等作燃料;

(2)較高的電流密度及功率密度;

(3)提供高質余熱，實現熱電聯產。燃料綜合利用率高(可達90%以上)，是一種清潔高效的能源系統;

(4)沒有使用酸堿電解質或熔鹽電解質，避免了中、低溫燃料電池的腐蝕及封接問題;

(5)采用陶瓷材料作陰極、陽極及電解質，具有全固態結構。缺點是對陶瓷材料的性能要求高、組裝困難、預熱和冷卻系統復雜、成本高、不易建立。