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氫燃料電池原理解析題 氫燃料電池原理解析

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氫燃料電池原理解析題 氫燃料電池原理解析


氫燃料電池的歷史非常早，公元1845年，英國(guó)科學(xué)家威廉·格羅夫（William Grove）制造出了第一個(gè)氫燃料電池，證實(shí)了在一定的條件下，氫氣和氧氣的結(jié)合除了產(chǎn)生水，還會(huì)產(chǎn)生電流 。
氫燃料電池原理：
通過(guò)給燃料電池的正極提供氫氣，負(fù)極提供氧氣 ， 在正負(fù)極之間加一層隔膜 。在催化劑的作用下，氫原子外層的電子會(huì)游離出來(lái) ， 變成電子和氫離子 。因?yàn)橹挥袣潆x子才能通過(guò)那層膜，電子就被擋在膜外，在不斷的反應(yīng)下，電子不斷集聚 ， 此時(shí)通過(guò)接上一根導(dǎo)線通到正極 ， 電子在電壓的驅(qū)使下跑到正極，即輸出了電流 。
由于氫離子實(shí)際上是質(zhì)子，所以那層膜也叫“質(zhì)子交換膜” 。由于一層膜左右兩側(cè)的壓差比較小，通常只有0.5V-1.0V，所以需要在正負(fù)極之間加上幾百層膜結(jié)構(gòu)，由此來(lái)得到高電壓 。為了保證催化劑的活性，在電動(dòng)汽車使用的燃料電池中 ， 電池的工作溫度一般在90攝氏度左右 。這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率最高可以到80%，遠(yuǎn)比內(nèi)燃機(jī)的40%高得多 。
其中，催化劑使用的是金屬鉑，且對(duì)氫氣純度（99.99%）要求極高，否則就會(huì)大大降低反映效率 。而作為貴金屬 ， 價(jià)格卻居高不下，導(dǎo)致氫燃料電池成本過(guò)高 。
豐田Mirai氫燃料電池汽車為例，主要結(jié)構(gòu)上由燃料電池、儲(chǔ)氫罐、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)能電池等組成，通過(guò)加氫、電化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生電流、輸入電池、驅(qū)動(dòng)汽車，本質(zhì)也是屬于電動(dòng)汽車 。但結(jié)構(gòu)上比純電動(dòng)汽車更復(fù)雜，整車制造成本也更高 。
氫燃料電池車就是一場(chǎng)騙局？
氫燃料電池車的使用過(guò)程中是絕對(duì)環(huán)保的，電化學(xué)反應(yīng)除了產(chǎn)生電流、就是水 。但氫氣是二次能源，自然界并不存在可以直接使用的氫氣，制氫的過(guò)程中也存在不環(huán)保的問(wèn)題 。目前，中國(guó)氫氣制取還是以“灰氫”為主，“藍(lán)氫”為輔 。煤炭制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫分別占比達(dá)62%、19%、18% 。
“灰氫”指的是傳統(tǒng)利用化石燃料石油、天然氣和煤制取氫氣的方式，這種路線是目前成本最低、效率最高的制氫方式，但無(wú)法達(dá)到減碳的作用；
“藍(lán)氫”則是在“灰氫”基礎(chǔ)上，加配碳捕捉和碳封存技術(shù)（CCS 技術(shù)），借此來(lái)降低碳排放強(qiáng)度，但由于加配了設(shè)備，讓成本有所增加；
“綠氫”主要是利用電解水制氫，這種方式需要大量的電能，制氫過(guò)程完全沒(méi)有碳排放，但成本較高 。
【氫燃料電池原理解析題 氫燃料電池原理解析】根據(jù)2021年的數(shù)據(jù)，中國(guó)火力發(fā)電占比高達(dá)70%，雖然占比逐年下降，但綠電的占比還不夠大，并不具有經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益 。既然沒(méi)有綠電，就沒(méi)有真正的“綠氫”了 ， 這跟大家很多人吐槽純電動(dòng)車用電不環(huán)保是同個(gè)邏輯的 。消耗電能來(lái)制備氫氣，氫氣再通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能 ， 驅(qū)動(dòng)車輛，這讓很多人覺(jué)得就是多此一舉 。按照國(guó)家的規(guī)劃，純電動(dòng)、氫能源都是鼓勵(lì)發(fā)展的 ， 但不是乘用車領(lǐng)域，而是應(yīng)用在中重型車輛、大巴、卡車等新能源客貨車輛，以及船舶、航空器等領(lǐng)域 。

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