周少祥
氢燃料电池的发电效率
2022-5-14 09:35
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氢燃料电池的发电效率


1. 氢燃料电池发电的理论最高热效率

通常,发电热效率以燃料的热值为基础进行计算,(-gR0)是燃料的理论最大发电量,因此燃料电池的理论最高发电热效率下式表示:

ηmax-gR0 /(-hR0)                    (6)

如果将氢燃料电池看成热机,式(6)即代表了这一可逆热机的热效率。根据表1和表2,如果基于高位热值,氢燃料电池的理论最高发电效率为:

ηHmax=237.138/285.8383%

相当多的文献以高位热值为基础进行能效分析与评判

如果基于低位热值,氢燃料电池的理论最高发电效率为:

ηLmax=228.579/241.826≈94.5%

目前技术条件下,低位热值下的化学功(-gR0)是可资利用的理论最大发电量,从电解水制出的氢气到氢燃料电池发电,其理论最高发电效率为:

ηLmax=228.579/285.83≈80%

2. 氢燃料电池的发电效率

假定氢燃料电池的发电量为w,其发电热效率可以表示为:

η=w/(-hR0)                        (7)

化学功可以视为燃料的㶲,燃料电池发电只能转化其化学功的那一部分,因此燃料电池发电的㶲效率为:

ηex=w/(-gR0                         (8)

(8)所计算的㶲效率代表燃料电池发电的热力学完善性。

对于氢燃料,由于|hR0|>|gR0|,因此氢燃料电池发电的㶲效率一定高于热效率。

由于氢燃料电池发电产生水蒸汽,所能转化的化学功是其低位热值下反应自由焓的绝对值,因此式(8)的计算宜以此低位热值下反应自由焓的绝对值为基准,即|gR0|= 228.579kJ/mol

从电解水制氢用于储能及能效传递的视角,式(7)计算的热效率应该以氢燃料的高位热值为基准。

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