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氫燃料電池原理
2018-2-6
來源:未知
點擊數: 10509          作者:未知
  •       燃料電池是將燃料和電解質的化學能直接轉換成電能的發電裝置,也是繼火電、水電、核電之后的第四種發電裝置,是當今發達國家十分重視的高新技術開發領域

    氫氧燃料電池以氫氣作燃料為,氧氣作氧化劑
    氫氧燃料電池
    ,通過燃料的燃燒反應,將化學能轉變為電能的電池,與原電池的工作原理相同。
    氫氧燃料電池工作時,向氫電極供應氫氣,同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下,通過電解質生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電,在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后,這一類似于燃燒的反應過程就能連續進行。
    工作時向負極供給燃料(氫),向正極供給氧化劑(氧氣)。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中,而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上,氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。
    氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的裝置。
    氫氧燃料電池的反應物都在電池外部它只是提供一個反應的容器
     
    氫氣和氧氣都可以由電池外提供。
    燃料電池是一種化學電池,它利用物質發生化學反應時釋出的能量,直接將其變換為電能。從這一點看,它和其他化學電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是,它工作時需要連續地向其供給反應物質——燃料和氧化劑,這又和其他普通化學電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變為電能輸出,所以被稱為燃料電池。
    具體地說,燃料電池是利用水的電解的逆反應的"發電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初,電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成,2013年正發展為直接使用固體的電解質。
    工作時向負極供給燃料(氫),向正極供給(空氣,起作用的成分為氧氣)。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。當氫離子進入電解液中,而電子就沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上,空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。此過程水可以得到重復利用,發電原理與可夜間使用的太陽能電池有異曲同工之妙。
    燃料電池的電極材料一般為惰性電極,具有很強的催化活性,如鉑電極、活性碳電極等。
    利用這個原理,燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電,所以也可稱它為一種"發電機"。
    一般來講,書寫燃料電池的化學反應方程式,需要高度注意電解質的酸堿性。 在正、負極上發生的電極反應不是孤立的,它往往與電解質溶液緊密聯系。如氫—氧燃料電池有酸式堿式兩種:
    若電解質溶液是堿、鹽溶液
    負極反應式為:
     
    正極反應式為:
     
    若電解質溶液是酸溶液
    負極反應式為:
     
    正極反應式為:
     
    總反應方程式為:
     
    目前最為成熟的即為酸性條件下的氫燃料電池,以質子為離子傳導媒介,一般使用質子交換膜作為固態電解質,含鉑催化劑為電極,將燃料氣直接通過化學反應轉化為電能。



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