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氢燃料电池的工作原理及应用前景

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氢燃料电池的工作原理及应用前景一、工作原理氢燃料电池(HydrogenFuelCell)是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:(1)氢气通过管道或导气板到达阳极;(2)在阳极催化剂的作用下,1个氢分子解离为 2个氢质子,并释放出 2个电子,阳极反应为:H2→2H++2e。(3)在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2+2H++2e→H2O总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。二、特点1、无污染燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像 COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。2、无噪声燃料电池运行安静,噪声大约只有 55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。3、高效率燃料电池的发电效率可以达到 50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。氢是世界上最多的元素,氢气来源极其广泛并且是可再生资源,所以用氢气作为“燃料”似乎最合适不过。由于燃料电池是化学能直接转换为电能,相比内燃机的燃烧作用不会产生大量废气与废热,转化效率更可超过 50%(内燃机转化效率为 10%),排放物也只有水,也不会对环境温度造成影响。使用寿命长于电化学电池并且电池维护工作量很小。相比于纯电动车的充电时间来说,燃料电池加注氢气的时间很短,几乎与内燃机汽车添加燃油时间相当,大约在 3-5分钟左右。三、氢燃料电池和传统电池的区别干电池、蓄电池是一种储能装置,是把电能贮存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池严格地说是一种发电装置,像发电厂一样,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外,氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成,这是氢燃料电池的一项...

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