燃料電池和氫能源汽車的工作原理是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-07 09:42
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所謂氫能源，不是說地球上有大量氫，可“開采”來用作能源，而是水通過光分解可制得氫來代替石油、電等能源。
氫作為能源有許多優(yōu)越性。水通過光分解可制得氫，水的儲量很大，又比較低廉；氫燃料燃燒后又生成水，是一種燃燒無害、十分清潔的能源。氫在儲存、輸送上比電力損失小，而且氫燃燒熱值高，1千克氫燃燒產生的熱量相當于3千克汽油或4.5千克焦炭的發(fā)熱量。但是，在應用中，氫的存儲與運輸以及利用太陽能分解水制取氫，一直是制約氫能發(fā)展的瓶頸。
再說燃料電池。它是把燃料中的化學能直接轉化為電能的能量轉化裝置，從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”，而是一個小小的“發(fā)電廠”。燃料電池也有多種類型，經過多年的探索，最有望用于汽車的是質子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負極，經過催化劑（鉑）的作用，氫原子中兩個電子被分離出來。這兩個電子在正極的吸引下，經外部電路產生電流。失去電子的氫離子（質子）可穿過質子交換膜（即固體電解質），在正極與氧原子和電子重新結合為水。由于氧可以從空氣中獲得，只要不斷給負極供應氫，并及時把水（蒸汽）帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。
目前，對氫能源的利用主要是氫燃料電池。它不同于電能車的顯著特點是其沒有笨重的電池負荷，并且行駛里程沒有電能驅動汽車的限制。因此，氫燃料電池可以說是一種極佳的驅動動力。用這種動力驅動的汽車被稱為零污染的氫動力汽車
燃料電池是將燃料和電解質的化學能直接轉換成電能的發(fā)電裝置，也是繼火電、水電、核電之后的第四種發(fā)電裝置，是當今發(fā)達國家十分重視的高新技術開發(fā)領域。
氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑，氧氣作氧化劑
氫氧燃料電池
氫氧燃料電池
，通過燃料的燃燒反應，將化學能轉變?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，向氫電極供應氫氣，同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，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過程就能連續(xù)進行。
工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負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正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。
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的裝置。
氫氧燃料電池的反應物都在電池外部它只是提供一個反應的容器
氫氣和氧氣都可以由電池外提供。
燃料電池是一種化學電池，它利用物質發(fā)生化學反應時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給反應物質——燃料和氧化劑，這又和其他普通化學電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。
具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的"發(fā)電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初，電解質板是利用電解質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。
工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。當氫離子進入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負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正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。此過程水可以得到重復利用，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"。
一般來講，書寫燃料電池的化學反應方程式，需要高度注意電解質的酸堿性。在正、負極上發(fā)生的電極反應不是孤立的，它往往與電解質溶液緊密聯系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種：
