燃料電池的工作原理

燃料電池是用一種特定的燃料，通過一種質(zhì)子交換膜（pEMprotonExchangeMembrane）和催化層（CLCatalystLayer）而產(chǎn)生電流的一種裝置，這種電池只要外界源源不斷地供應(yīng)燃料（例如氫氣或甲醇），就可以提供持續(xù)電能。它的工作原理，是利用一種叫質(zhì)子交換膜的技術(shù)，使氫氣在覆蓋有催化劑的質(zhì)子交換膜作用下，在陽極將氫氣催化分解成為質(zhì)子，這些質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，在氫氣的分解過程中釋放出電子，電子通過負(fù)載被引出到陰極，這樣就產(chǎn)生了電能。

 

在陽極經(jīng)過質(zhì)子交換膜和催化劑的作用，在陰極質(zhì)子與氧和電子相結(jié)合產(chǎn)生水。也就是說燃料電池內(nèi)部的氫與空氣中的氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成水的過程，同時產(chǎn)生了電流，也可以理解為是電解水的逆反應(yīng)。

 

燃料電池在陽極除供應(yīng)氫氣外，同時還收集氫質(zhì)子（H＋），釋放電子；在陰極通過負(fù)載捕獲電子產(chǎn)生電能。質(zhì)子交換膜的功能只是允許質(zhì)子H＋通過，并與陰極中的氧結(jié)合產(chǎn)生水。這種水在反應(yīng)過程中的溫度作用下，以水蒸氣的形式散發(fā)在空氣中（對汽車用的大功率燃料電池就要設(shè)置水的回收裝置）。注意，用氫作燃料電池所生成的是純凈水可以飲用，而用甲醇作燃料生成的水溶液中可能產(chǎn)生甲醛之類有毒物質(zhì)不能飲用。


根據(jù)上述燃料電池的工作原理，只要不斷地補(bǔ)充燃料，燃料電池就能不間斷地運(yùn)行，提供電能。目前已有公司開發(fā)出筆桿形的小管裝載燃料的燃料電池（類似于打火機(jī)形式），不過裝載燃料的小管須經(jīng)常更換，就容易使電極中的催化劑鉑（ptpLaTInum）和釕（RuRuthenium）的粒子凝聚，性能發(fā)生老化，以致減少燃料電池的壽命，目前正在改進(jìn)中。