燃料電池的工作原理及應(yīng)用

燃料電池的工作原理及應(yīng)用

當(dāng)今能以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的電力有火電、水電、核電等三種。而被譽(yù)為第四種電力的燃料電池發(fā)電，也正在美、日等發(fā)達(dá)國家崛起，以急起直追的勢頭快步進(jìn)入能以工業(yè)規(guī)模發(fā)電的行列。 燃料電池的工作原理 燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)（起反應(yīng)的物質(zhì)）--燃料和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，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(yīng)的"發(fā)電機(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)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(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。

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(fā)電機(jī)"。

它通過氫和氧的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱能。因?yàn)槭峭ㄟ^化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，所以稱為“電池”，實(shí)際是一種發(fā)電裝置。

一，燃料電池的優(yōu)勢

1，潔凈、安全的發(fā)電裝置

從發(fā)電廠、工廠，以及汽車等排出的大量各種物質(zhì)是造成大氣污染和地球溫暖化的主要原因。而燃料電池可以替代這些正在使用的鍋爐和內(nèi)燃機(jī)等。



2，多燃料系統(tǒng)

在地球上，氫絕大多數(shù)是以化合物的形式存在。比如：氫氧化合物（水）和碳?xì)浠衔铩?br>
可以作為燃料電池原料使用的碳?xì)浠衔镏饕獊碓从谔烊粴?、液化氣、石油和煤炭等化石燃料?br>
可根據(jù)各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃料。

3，高效率的發(fā)電裝置



4，分散型的發(fā)電裝置

規(guī)模最大的可以替代火力發(fā)電或核能發(fā)電，用于商業(yè)發(fā)電。不需要龐大的設(shè)備，不需要變送電系統(tǒng)；與核能相比，發(fā)生事故的危險性較小?？梢越ㄔ诖蟪鞘械慕?。

規(guī)模稍小的可以建在住宅小區(qū)、辦公樓、廠區(qū)甚至城市的中心地帶?？梢詼p少因長距離輸送電力而產(chǎn)生的損耗。

面向個人用途的超小型燃料電池可以作為筆記本電腦和移動便攜電話的電源。

可組成電能和熱能同時利用的“發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)”

由于燃料電池的規(guī)模小而更容易利用發(fā)電時排出的熱量，組成發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)。

由于排出的熱量能夠有效的用于空調(diào)和水的加熱等，所以進(jìn)一步提高了能源的綜合利用效率。

現(xiàn)在一直被使用的單純發(fā)電系統(tǒng)，能源效率只有30%~40%。而由燃料電池組成的熱電并用系統(tǒng)，可以將能源利用效率提高到70%~80%以上。

二、燃料電池裝置的構(gòu)成



三、燃料電池的類型

堿性燃料電池（AFC）——采用氫氧化鉀溶液作為電解液。

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）——采用極薄的塑料薄膜作為其電解質(zhì)。??

磷酸燃料電池（PAFC）——采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質(zhì)。

熔融碳酸燃料電池（MCFC）

固態(tài)氧燃料電池（SOFC）——采用固態(tài)電解質(zhì)

四、燃料電池的應(yīng)用

美國戴姆勒—克萊斯勒公司的甲醇改質(zhì)型燃料電池汽車 “NECAR5 “

四、燃料電池的應(yīng)用

美國戴姆勒—克萊斯勒公司的甲醇改質(zhì)型燃料電池汽車“NECAR5”



通用公司的液氫燃料電池汽車“氫動三號”