氢氧燃料电池原理及应用

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氢燃料电池就是氢氧燃料电池,只是氢燃料电池并没有表明其阳极燃料是什么,下面我们一起来看看氢氧燃料电池原理及应用。

    氢氧燃料电池原理及应用

    氢燃料电池原理--简介

    氢燃料电池,是一种利用电解水的逆反应来将氢气、氧气等燃料转化为水并放出能量的物质,其氢气位于阴极上,氧气位于阳极上,电解质位于电池内部,通过这种化学反应将化学能转换为电能。由于其排放物为水,无其他污染性排放物存在,因此常将其称为是绿色燃料氢经济,由于其还具有噪音低、效率高等特点,现已在航天能源、汽车能源等领域得到广泛应用

    氢燃料电池原理

    我们常见的干电池、蓄电池是一种储能装置,在需要时可将其内部能量释放出来以满足需求;而氢燃料电池是一种能量转换装置,是一种发电装置,在需要时可为其提供能量转换所需燃料:氢气和氧气,燃料电池便可通过将其转化为水并排出的过程释放能量。为了提高氢燃料电池能量转换的效率,常将其电极使用特制多孔性材料进行制作,以便增加气体与电解质的接触面积并为电池发生的化学反应起到催化作用。

    氢燃料电池原理--特点

    1、无污染

    氢燃料电池的化学反应为2H2+O2==2H2O,以氢气和氧气为原料,只能产生水和能量,对环境无污染。

    2、无噪声

    燃料电池发生化学反应将化学能转换为电能的过程中严格来说不是没有噪声,而是噪声很低不会对人们有很大的影响,大概只有55dB,适用于室内或是对噪声有要求的场所。

    3、高效率

    由于化学能直接转换为电能,而不经过热能、机械能等的中间转换,因此其发电效应可达50%以上,属于相当高的程度了。

    氢氧燃料电池的分类  氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。  1.离子膜氢氧燃料电池:用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜。电池放电时,在氧电极处生成水,通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。  2.培根型燃料电池:属碱性电池。氢、氧电极都是双层多(原创版权www.isoyu.com)孔镍电极(内外层孔径不同),加铂作催化剂。电解质为80%~85%的苛性钾溶液,室温下是固体,在电池工作温度(204~260°C)下为液体。这种电池能量利用率较高,但自耗电大,起动和停机需较长的时间(起动需24小时,停机17小时)。  3.石棉膜燃料电池:也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成,氧电极是多孔银极片,两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜,再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟,并可瞬时停机。比磷酸铁锂电池要更环保。

    其阳极为氢电极,阴极为氧电极。通常,阳极和阴极上都含有一定量的催化剂,用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。

    以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:

    (1)氢气通过管道或导气板到达阳极;

    (2)在阳极催化剂的作用下,1个氢分子解离为2个氢质子,并释放出2个电子,阳极反应为:

    H2→2H++2e。

    (3)在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2+2H++2e→H2O

    总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O

    电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。

    3PEMFC的特点及研发应用现状

    燃料电池种类较多,PEMFC以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统。

    PEMFC发电机由本体及其附属系统构成。本体结构除上述核心单元外,还包括单体电池层叠时为防止汽、水泄漏而设置的密封件,以及压紧各单体电池所需的紧固件等。附属系统包括:燃料及氧化剂贮存及其循环单元,电池湿度、温度调节单元,功率变换单元及系统控制单元。图2是一个典型的PEMFC发电系统示意图[4]。

    (1)PEMFC作为移动式电源的应用

    PEMFC作为移动式电源的应用领域分为两大类:一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军事、通讯、计算机等领域,以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要。实际应用是手机电池、笔记本电脑等便携电子设备、军用背负式通讯电源、卫星通讯车载电源等。二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源,以满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看,PEMFC是技术最成熟的电动车动力电源。

    国际上,PEMFC研究开发领域的权威机构是加拿大Ballard能源系统公司。美国H-Power公司于1996年研制出世界上第一辆以PEMFC发电机为动力源的大巴士[5]。近年来,我国对燃料电池电动车的研发也极为重视,被列入国家重点科技攻关计划。上海神力公司、富原燃料电池有限公司、清华大学、中科院大连化物所已分别研制出游览观光车、中巴车样车,其性能接近或达到国际先进水平。