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氫燃料電池原理圖解,燃料電池的工作原理

云知道圖解

氫燃料電池是怎樣的工作原理？

氫燃料電池原理圖解,燃料電池的工作原理


3從化學(xué)角度講的話就是氫氣和氧氣燃燒生成水的反應(yīng)，不過，這個過程中并不是燃燒過程，只是通過電子轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)生成水，從而產(chǎn)生電能，效率比燃燒反應(yīng)高出很多的 。從反應(yīng)角度講的話：基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極 。說白了 就是原電池反應(yīng) 。
這個解釋起來如下了：氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?，與原電池的工作原理相同 。氫氧燃料電池工作時，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時向氧電極供應(yīng)氧氣 。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水 。這時在氫電極上有多余的電子而帶負(fù)電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電 。
接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行 。工作時向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣） 。氫在負(fù)極上的催化劑的作用下分解成正離子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(fù)載就接在外部電路中 。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水 。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程 。
氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑 全部儲藏在電池內(nèi)的裝置氫氧燃料電池的反應(yīng)物都在電池外部它只是提供一個反應(yīng)的容器2H2 O2==2H2O 氫氣和氧氣都可以由電池外提供 。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(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能 。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的 。
但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)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化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池 。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的發(fā)電機(jī) 。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)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，2013年正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì) 。
工作時向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣） 。氫在負(fù)極分解成正離子H 和電子e- 。當(dāng)氫離子進(jìn)入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極 。用電的負(fù)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(dá)正極上的電子形成水 。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程 。此過程水可以得到重復(fù)利用，發(fā)電原理與可夜間使用的太陽能電池有異曲同工之妙 。
燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極、活性碳電極等 。利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種發(fā)電機(jī) 。一般來講，書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式，需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性 。在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系 。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種:若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：2H24OHˉ-4eˉ== 4H20 正極為：O22H2O4eˉ== 4OHˉ若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：2H2-4eˉ=4H （陽離子），正極為：O2 4eˉ 4H =2H2O在堿溶液中，不可能有H 出現(xiàn)，在酸溶液中，不可能出現(xiàn)OHˉ 。
【氫燃料電池原理圖解,燃料電池的工作原理】為什么不用燃?xì)獬鲎廛囈粯佑冒l(fā)動機(jī)發(fā)動呢？主要是因?yàn)榘l(fā)動機(jī)的效率過低，達(dá)不到40%的效率 。燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）的中間變換 。而永磁電機(jī)的效率可以輕易達(dá)到95%以上，就是說，50%×95%＝47.5%，這樣能量利用率可以達(dá)到47.5%以上，不要小看這么一點(diǎn)，最新的凱美瑞號稱發(fā)動機(jī)效率達(dá)到史上最高，也不過是41%，這個數(shù)據(jù)本人還是很質(zhì)疑的，之前最高效率也就38%，發(fā)動機(jī)如此成熟的今天怎么輕易能提高3%？而且傳動還有損耗，最終給輪胎的肯定不到40% 。

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