磷酸燃料電池的主要構(gòu)件有：電極、含磷酸的基質(zhì)、隔板、冷卻板、管路等。基本的燃料電池結(jié)構(gòu)是含有磷酸電解質(zhì)的基質(zhì)材料置于陰陽(yáng)兩極之間。

1、電極及催化劑

電極由載體和催化劑層組成。用化學(xué)吸附法將催化劑沉積在載體表面，電化學(xué)反應(yīng)就發(fā)生在催化劑層上。催化劑層的主要成分包括，碳載體、高度分散的鉑催化劑及疏水介質(zhì)(如聚四氟乙烯，PTFE)。鉑催化劑的活性取決于催化劑的類型、晶粒尺寸及表面積等。晶粒愈小、比表面積愈大，催化劑的活性愈高。

碳載體的結(jié)構(gòu)影響電極的性能和壽命。碳載體的主要作用如下:

(I)分散催化劑;

(2)為電極提供大量微孔;

(3)增加催化劑層的導(dǎo)電性。

目前用做碳載體的炭黑有兩種類型，即乙炔炭黑和爐炭黑。

2、襯底

作為電極支撐材料的襯底，與催化劑層毗鄰，可允許電子及反應(yīng)氣體通過。從性能上看，電極襯底應(yīng)符合以下條件:

(1)在工作條件及磷酸環(huán)境下的穩(wěn)定性;

(2)對(duì)電和熱的良導(dǎo)性;

(3)多孔性，以使反應(yīng)氣體高效率地?cái)U(kuò)散;

(4)良好的機(jī)械強(qiáng)度，能承受高壓運(yùn)行。

在工作溫度下，100%磷酸具有強(qiáng)腐蝕性，石墨被認(rèn)為是首選材料。襯底的制作是將石墨纖維、酚醛樹脂與粘結(jié)劑混合后壓模，再在高溫下進(jìn)行烘烤。

3、電解質(zhì)

選擇磷酸作電解質(zhì)是基于以下原因:

(1)可在高溫下工作;

(2)可耐Cot;

(3)低蒸汽壓;

(4)高的氧溶解度;

(5)高溫下良好的離子導(dǎo)電性;

(6)高溫下的低腐蝕速度;

(7)大的接觸角(大于900).

4、基質(zhì)

磷酸是盛裝在基質(zhì)中的，基質(zhì)的作用是靠毛細(xì)作用將酸吸附在其內(nèi)。對(duì)基質(zhì)的要求包括:

(1)對(duì)磷酸有良好的毛細(xì)作用;

(2)電絕緣性;

(3)防止電池內(nèi)反應(yīng)氣體交叉滲透;

(4)良好的導(dǎo)熱能力;

(5)高溫工作條件下的穩(wěn)定性;

(6)足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

除機(jī)械強(qiáng)度外，目前的基質(zhì)結(jié)構(gòu)可滿足其他要求。

5、分隔板

分隔板的作用是防止電池中陰、陽(yáng)極氣體混合，并使兩電極導(dǎo)通。氣體泄漏會(huì)導(dǎo)致性能降低，甚至出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。

對(duì)分隔板的要求如下:

(1)足夠的氣密性，以防止反應(yīng)氣體的滲透;

(2)在高溫、高壓及磷酸中化學(xué)性能穩(wěn)定;

(3)良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力;

(4)足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

6、供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)就是向電池堆供應(yīng)兩種反應(yīng)氣體的設(shè)備，分為兩種類型，即內(nèi)部和外部管路結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部管路系統(tǒng)中，供氣管路是由垂直于電池平面的、并貫穿電池堆元件的孔穴構(gòu)成的。外部管路則通常是將管路箱接在電池堆的側(cè)面。

管線的設(shè)計(jì)原則包括:

(1)盡可能小的壓力降;

(2)絕緣性好;

(3)足夠的化學(xué)穩(wěn)定性;

(4)足夠的機(jī)械強(qiáng)度;

(5)管線的焊接處在任何情況(包括突發(fā)事故)下都必須牢固，并且具有較低的熱膨脹系數(shù)。

7、冷卻系統(tǒng)

PAFC中有3種冷卻方式:空氣冷卻，絕緣液體冷卻和水冷卻。從冷卻性能來看，水冷最好，適用于較大電廠。而空氣冷卻相對(duì)水冷簡(jiǎn)單，適用于相對(duì)小的電站，但是需要相對(duì)較多的電能循環(huán)冷卻空氣，因而不可避免地造成凈效率的降低。從冷卻性能及系統(tǒng)整體考慮時(shí)，間接液體(油)冷卻系統(tǒng)在性能上介于空氣和水之間，然而它非常緊湊且不易腐蝕。