燃料電池的工作原理是怎樣的？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-14 17:17
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燃料電池從本質(zhì)上說(shuō)是一種電化學(xué)裝置，其基本組成與一般電池相同。
為實(shí)現(xiàn)較大功率的輸出，燃料電池通常由若干“單體電池”組成。與普通電池類(lèi)似，單體燃料電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極，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(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
下面以氫-氧燃料電池為例來(lái)說(shuō)明燃料電池的基本工作原理。
電觧水的逆過(guò)程。電極應(yīng)為：
負(fù)極：H2+2OH-→2H2O+2e-
正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應(yīng)：H2+1/2O2==H2O
另外，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。
燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極(陽(yáng)極)和空氣極(陰極)、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣(氧化劑氣體)能在流路中通過(guò)。
在實(shí)用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種類(lèi)也不同。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子(H+)相關(guān)，發(fā)生的反應(yīng)為：
燃料極：H2=2H++2e-(1)
空氣極：2H++1/2O2+2e-=H2O(2)
全體：H2+1/2O2=H2O(3)
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動(dòng)到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。e-經(jīng)由外部的負(fù)荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了e-不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。并且從上式中的反應(yīng)式(3)可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒(méi)有其他的反應(yīng)，H2所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實(shí)際上，參與電化學(xué)反應(yīng)的電極存在一定的電阻，電流通過(guò)時(shí)會(huì)引起了部分熱能產(chǎn)生，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例。
為實(shí)現(xiàn)較大功率的輸出，燃料電池通常由若干“單體電池”組成。與普通電池類(lèi)似，單體燃料電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極，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(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
下面以氫-氧燃料電池為例來(lái)說(shuō)明燃料電池的基本工作原理。
電觧水的逆過(guò)程。電極應(yīng)為：
負(fù)極：H2+2OH-→2H2O+2e-
正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應(yīng)：H2+1/2O2==H2O
另外，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。
燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極(陽(yáng)極)和空氣極(陰極)、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣(氧化劑氣體)能在流路中通過(guò)。
在實(shí)用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種類(lèi)也不同。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子(H+)相關(guān)，發(fā)生的反應(yīng)為：
燃料極：H2=2H++2e-(1)
空氣極：2H++1/2O2+2e-=H2O(2)
全體：H2+1/2O2=H2O(3)
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動(dòng)到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。e-經(jīng)由外部的負(fù)荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了e-不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。并且從上式中的反應(yīng)式(3)可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒(méi)有其他的反應(yīng)，H2所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實(shí)際上，參與電化學(xué)反應(yīng)的電極存在一定的電阻，電流通過(guò)時(shí)會(huì)引起了部分熱能產(chǎn)生，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例。
