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氢燃料电池原理
2018-2-6
来源:未知
点击数: 2209          作者:未知
  •       燃料电池是将燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置,也是继火电、水电、核电之后的第四种发电装置,是当今发达国家十分重视的高新技术开发领域

    氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂,氧气作氧化剂
    氢氧燃料电池氢氧燃料电池
    ,通过燃料的燃烧反应,将化学能转变为电能的电池,与原电池的工作原理相同。
    氢氧燃料电池工作时,向氢电极供应氢气,同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下,通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电,在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后,这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
    工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(氧气)。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上,氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。
    氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置。
    氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器
     
    氢气和氧气都可以由电池外提供。
    燃料电池是一种化学电池,它利用物质发生化学反应时释出的能量,直接将其变换为电能。从这一点看,它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是,它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂,这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池。
    具体地说,燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,2013年正发展为直接使用固体的电解质。
    工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(空气,起作用的成分为氧气)。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中,而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上,空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用,发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。
    燃料电池的电极材料一般为惰性电极,具有很强的催化活性,如铂电极、活性碳电极等。
    利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电,所以也可称它为一种"发电机"。
    一般来讲,书写燃料电池的化学反应方程式,需要高度注意电解质的酸碱性。 在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式碱式两种:
    若电解质溶液是碱、盐溶液
    负极反应式为:
     
    正极反应式为:
     
    若电解质溶液是酸溶液
    负极反应式为:
     
    正极反应式为:
     
    总反应方程式为:
     
    目前最为成熟的即为酸性条件下的氢燃料电池,以质子为离子传导媒介,一般使用质子交换膜作为固态电解质,含铂催化剂为电极,将燃料气直接通过化学反应转化为电能。



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