燃料电池的原理及应用

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燃料电池的制氢过程制约了燃料电池的发展,下面我们一起来看看燃料电池的原理和应用。

燃料电池的原理及应用

燃料电池是一种使用特定燃料通过质子交换膜和催化层产生电流的装置。只要燃料(如氢气或甲醇)从外部持续供应,电池就能提供持续的电能。它的工作原理是利用一种叫做质子交换膜的技术,在覆盖有催化剂的质子交换膜的作用下,在阳极将氢气催化分解成质子。这些质子通过质子交换膜到达阴极,在氢的分解过程(原创www.isoyu.com版权)中释放出电子,通过负载引出阴极,从而产生电能。

在阳极,质子在质子交换膜和催化剂的作用下,与氧和电子结合生成水。也就是说,燃料电池内部的氢气与空气中的氧气发生化学反应生成水,同时产生电流,也可以理解为水电解的逆反应。

燃料电池不仅在阳极供应氢气,还收集氢质子(H+)并释放电子。电子被阴极的负载捕获,产生电能。质子交换膜的作用是让质子H+通过,与阴极中的氧结合产生水。在反应过程中温度的作用下,这些水以水蒸气的形式排放到空气中(汽车用大功率燃料电池需要水回收装置)。注意,使用氢气作为燃料电池产生的纯水是可以饮用的,而使用甲醇作为燃料产生的水溶液中可能会产生有毒物质如甲醛。

燃料电池具有广泛的应用,可用于军事、航天和发电厂,以及机动车、移动设备、家庭等领域。燃料电池的早期发展集中在专业应用上,如军事航天和千瓦级以上的分布式发电。电动汽车领域已经成为燃料电池的主要应用方向,市场上已经出现了多种利用燃料电池发电的自动车辆。此外,通过小型化技术将燃料电池应用于一般消费电子产品也是应用发展方向之一。随着技术的进步,未来小型化的燃料电池将被用作笔记本电脑、无线电话、录像机、照相机等便携式电子产品的电源。近20年来,燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段。燃料电池的研究和应用正以极快的速度发展。在所有燃料电池中,碱性燃料电池(AFC)发展速度最快,主要为航天任务提供动力和饮用水,包括航天飞机。质子交换膜燃料电池(PEMFC)已被广泛用作交通电源和小型电源装置。磷酸燃料电池(PAFC)作为中型电源应用已进入商业化阶段,是民用燃料电池的首选。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)也已完成工业试验阶段。起步较晚的固体氧化物燃料电池(SOFC)是发电领域最有前途的燃料电池,也是未来大型清洁电站的首选目标。

多年来,人们一直在努力寻找一种能源利用效率高、不污染环境的能源利用方式,燃料电池是一种理想的发电技术。燃料电池非常复杂,涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统和自动控制等多个学科。它具有发电效率高、环境污染小的优点。