燃料電池性能的評價,除工作壽命、重量、成本等因素外,最重要的就是效率。一般來講,能量轉(zhuǎn)換裝置的效率是指裝置輸出的能量占輸人能量的百分數(shù)比,即輸出能量/輸人能量x 100%
除電化學能量轉(zhuǎn)換裝置以外.其他能量轉(zhuǎn)換裝置是將化學反應能轉(zhuǎn)換為機械能或熱能,然后再轉(zhuǎn)換成電能。在能量轉(zhuǎn)換過程中,效率是受一定限制的。但是,燃料電池沒有這樣的制約,其效率要比其他能量轉(zhuǎn)換裝置的效率高。
然而,燃料電池的效率表達方式也非常復雜,一般有以下幾種常用的效率表達方法。
1、熱力學效率
熱力學效率也稱極限效率,是燃料電池理論上能達到的最高效率。由于燃料電池所用的燃料通??梢匀紵⑨尫拍芰浚瑹崃W效率可以用發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能與燃料燃燒反應所釋放的熱能(AH)相比較,理論上燃料電池的熱力學效率在高溫時比低溫時低。然而在較高溫下,反應速率增加.且相同電流密度下過電位也比低溫時要低。另外,高溫燃料電池可以少用或不用貴金屬電極催化劑,產(chǎn)生的余熱更容易利用。因而,綜合比較起來,高溫燃料電池的實際效率更高。
2、電化學效率
電化學效率,也稱電壓效率,對于不同的電池設(shè)計,即使是相同的電化學反應,也會有不同的效率。
3、發(fā)電效率
燃料電池的發(fā)電效率,也稱實際效率,影響實際效率的因素較多,主要有電流密度、極化、溫度、燃料利用率
4、共發(fā)電效率
燃料電池的一個顯著優(yōu)點是在發(fā)電的同時,能提供高質(zhì)量的熱水或水蒸氣,特別是千瓦級以上的燃料電池電站和發(fā)電廠。這種發(fā)電模式稱為聯(lián)合供熱發(fā)電(CHP, combined heat and power),也稱為共發(fā)電。共發(fā)電功率等于燃料電池電力輸出功率與熱負荷之和。
5、 對于完整的燃料電池系統(tǒng)來說,發(fā)電的全過程除了發(fā)電和供熱,還包括燃料重整,反應氣體的輸送,電極的加熱、冷卻,電力調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換等,這些過程的效率都影響燃料電池系統(tǒng)的總效率。燃料電池總效率是所有過程效率綜合的結(jié)果。
衡量燃料電池的性能以及燃料電池與其他發(fā)電裝置進行比較時,要用到一些技術(shù)指標或參數(shù),包括電流密度、功率密度、成本和效率。
(1)電流密度。單個燃料電池的關(guān)鍵指標是電流密度,即單位電極面積上的電流強度(mA/cm2 )。但需要說明的是,燃料電池的電流強度并不與電極面積成正比,電極面積增大一倍,電流強度并不增加一倍。原因比較復雜。與燃料電池的類型和電池的設(shè)計等因素有關(guān)。
(2)功率密度。燃料電池電源具有一定的功率、重量和體積。關(guān)鍵指標是功率密度和比功率。
(3)壽命。燃料電池的壽命通常是指電源工作的累積時間(h)。當燃料電池不能輸出額定功率時,它的壽命即告終結(jié)。例如一個額定功率1kW的嫩料電池電源,出廠時的輸出功率一般比額定功率高20%,即1.2kW。當該電源的輸出功率小于1kW時,它就失效了。千小時電壓降也被用做燃料電池的壽命參數(shù)。
(4)成本。燃料電池的成本是制約其應用的最重要指標,用USD/kW表示。
(5)效率。同其他發(fā)電裝置一樣,效率是燃料電池電源的重要指標。效率與能源利用率密切相關(guān),在能源緊缺的今天,顯得尤為重要。