燃料電池的工作原理及應用

燃料電池的工作原理及應用

當今能以工業(yè)規模生產(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)達國家崛起，以急起直追的勢頭快步進(jìn)入能以工業(yè)規模發(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)反應時(shí)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(lèi)似的。但是，它工作時(shí)需要連續地向其供給活物質(zhì)（起反應的物質(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(guò)化學(xué)反應釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱(chēng)為燃料電池。

具體地說(shuō)，燃料電池是利用水的電解的逆反應的"發(fā)電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(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，現在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時(shí)向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負極分解成正離子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(guò)程。

利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱(chēng)它為一種"發(fā)電機"。

它通過(guò)氫和氧的化學(xué)反應產(chǎn)生電能和熱能。因為是通過(guò)化學(xué)反應而產(chǎn)生電能，所以稱(chēng)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(chǎng)、工廠(chǎng)，以及汽車(chē)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燃機等。



2，多燃料系統

在地球上，氫絕大多數是以化合物的形式存在。比如：氫氧化合物（水）和碳氫化合物。

可以作為燃料電池原料使用的碳氫化合物主要來(lái)源于天然氣、液化氣、石油和煤炭等化石燃料。

可根據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。不需要龐大的設備，不需要變送電系統；與核能相比，發(fā)生事故的危險性較小?？梢越ㄔ诖蟪鞘械慕?。

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

面向個(gè)人用途的超小型燃料電池可以作為筆記本電腦和移動(dòng)便攜電話(huà)的電源。

可組成電能和熱能同時(shí)利用的“發(fā)電及余熱利用系統”

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

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

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

二、燃料電池裝置的構成



三、燃料電池的類(lèi)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(chē) “NECAR5 “

四、燃料電池的應用

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



通用公司的液氫燃料電池汽車(chē)“氫動(dòng)三號”