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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=237.138/285.83≈83%
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)才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)
式(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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