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燃料電池的技術(shù)原理

更新時間:2019-09-17點擊次數(shù):1982
燃料電池的技術(shù)原理
燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置,又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能,不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制,因此效率高; 另外,燃料電池用燃料和氧氣作為原料;同時沒有機械傳動部件,故沒有噪聲污染,排放出的有害氣體極少。由此可見,從節(jié)約能源和保護生態(tài)環(huán)境的角度來看,燃料電池是有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。
燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置,其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部,因此,限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì),只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時,燃料和氧化劑由外部供給,進行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入,反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除,燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置,它是按電化學(xué)原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,因而實際過程是氧化還原反應(yīng)。燃料電池主要由四部分組成,即陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。燃料氣和氧化氣分別由燃料電池的陽極和陰極通入。燃料氣在陽極上放出電子,電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場作用下,通過電解質(zhì)遷移到陽極上,與燃料氣反應(yīng),構(gòu)成回路,產(chǎn)生電流。同時,由于本身的電化學(xué)反應(yīng)以及電池的內(nèi)阻,燃料電池還會產(chǎn)生一定的熱量。電池的陰、陽兩極除傳導(dǎo)電子外,也作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。當(dāng)燃料為碳氫化合物時,陽極要求有更高的催化活性。陰、陽兩極通常為多孔結(jié)構(gòu),以便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物排出。電解質(zhì)起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導(dǎo)致電池內(nèi)短路,電解質(zhì)通常為致密結(jié)構(gòu)。

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