燃料電池
氫氧燃料電池
科技名詞定義
中文名稱：
氫氧燃料電池
英文名稱：
hydrogen oxygen fuel cell
定義：
將氫和氧經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電能的裝置.
應(yīng)用學(xué)科：
電力（一級學(xué)科）；可再生能源（二級學(xué)科）
以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布
百科名片
燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源,一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料,作為負極,用空氣中的氧作為正極．和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在入的,因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量；而燃料電池的活性物質(zhì)（燃料和氧化劑）是在反應(yīng)的同時源源不斷地輸入的,因此,這類電池實際上只是一個能量轉(zhuǎn)換裝置.這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點,但由于成本高,系統(tǒng)比較復(fù)雜,僅限于一些特殊用途,如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面.
目錄
介紹
工作原理
組成
電池分類
再生式
編輯本段介紹

燃料電池是一種化學(xué)電池,它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(xué)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(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑,這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣.由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)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(yīng)的"發(fā)電機".它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成.最初,電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)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(zhì).
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(dāng)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(yīng)的逆過程.此過程水可以得到重復(fù)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(xué)反應(yīng)方程式,需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性. 在正、負極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的,它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系.如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種,在酸溶液中負極反應(yīng)式為：2H2-4e-==4H+ 正極反應(yīng)式為：O2 + 4H+ +4eˉ== 2H2O;如是在堿溶液中,則不可能有H+出現(xiàn),在酸溶液中,也不可能出現(xiàn)OHˉ.
若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負極反應(yīng)式為：2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正極為：O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ
若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負極反應(yīng)式為：2H2-4eˉ=4H+（陽離子）,正極為：O2+4eˉ+4H+=2H2O
記憶規(guī)律如下：
堿性條件下,容易記住正極的O2、H2O、eˉ、4OHˉ前面的系數(shù)分別為1、2、4、4,再用總反應(yīng)方程式減去上式即可.酸性條件下,易記住負極反應(yīng)式（4H+）+（-4eˉ）=2H2,通過移項可以得到所需要的方程式,同樣用總反應(yīng)式減上式得到正極反應(yīng)式.
氫氧燃料電池 hydrogen oxygen fuel cell
以氫氣作燃料,氧氣作氧化劑,通過燃料的燃燒反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?
氫氧燃料電池工作時,向氫電極供應(yīng)氫氣,同時向氧電極供應(yīng)氧氣.氫、氧氣在電極上的催化劑作用下,通過電解質(zhì)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(yīng)過程就能連續(xù)進行.
編輯本段工作原理
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(yīng)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(nèi)的裝置
氫氧燃料電池的反應(yīng)物都在電池外部它只是提供一個反應(yīng)的容器2H2+O2==2H2O
　　氫氣和氧氣都可以由電池外提供
氫氧燃料電池
編輯本段組成
以氫氣作燃料、氧氣作氧化劑的一類燃料電池.氫氧從外部通過管道輸入電池進行電化學(xué)反應(yīng)并輸出電能.氫氧燃料電池的理論比能量達3600瓦·時/公斤.單體電池的工作電壓一般為0.8～0.97伏,為了滿足負載所需的工作電壓,往往由幾十個單體電池串聯(lián)成電池組.
為維持電池的正常運轉(zhuǎn),須持續(xù)供應(yīng)氫和氧,及時排除反應(yīng)產(chǎn)物（水）和廢熱.電池組由以下幾部分組成：①氫氧供給分系統(tǒng)：航天器攜帶的氫和氧采用超臨界液態(tài)貯存,可縮小貯罐體積,解決失重條件下氣、液態(tài)的分離問題,但要求貯罐絕熱性能好、耐低溫、耐高壓（氧罐為6兆帕、氫罐為3～3.5兆帕）.②排水分系統(tǒng)：主要有動態(tài)排水和靜態(tài)排水兩種方式.前者把帶有水蒸氣的氫氣循環(huán)輸送到冷卻裝置,使水蒸氣冷凝成水進行分離；后者依靠多孔纖維編織材料（如燈芯）將冷凝后的水吸附出來,又稱燈芯排水.電池組排出的水經(jīng)凈化后可供航天員飲用或作冷卻劑.③排熱分系統(tǒng)：電池組通過冷卻劑（如乙二醇水溶液）循環(huán),將廢熱帶到輻射器向外排放,以維持電池組正常工作的溫度范圍.④自動控制分系統(tǒng)：包括電池組工作壓力、溫度、排水與排氣、電壓、安全和冷卻液循環(huán)等的控制與調(diào)節(jié).所測量的參數(shù)傳送到航天員座艙的顯示器或由遙測設(shè)備發(fā)回地面.當(dāng)電池組出現(xiàn)故障時,自動切換到備份電池組供電.
編輯本段電池分類
氫氧燃料電池按電池結(jié)構(gòu)和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類.
①離子膜氫氧燃料電池：用陽離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池,現(xiàn)代采用全氟磺酸膜.電池放電時,在氧電極處生成水,通過燈芯將水吸出.這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,但離子交換膜內(nèi)阻較大,放電電流密度小.
②培根型燃料電池：屬堿性電池.氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內(nèi)外層孔徑不同),加鉑作催化劑.電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液,室溫下是固體,在電池工作溫度(204～260°C)下為液體.這種電池能量利用率較高,但自耗電大,起動和停機需較長的時間（起動需24小時,停機17小時）.
③石棉膜燃料電池：也屬堿性電池.氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成,氧電極是多孔銀極片,兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜,再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器,構(gòu)成氣室,封裝成單體電池.放電時在氫電極一邊生成水,可以用循環(huán)氫的辦法排出,亦可用靜態(tài)排水法.這種電池的起動時間僅15分鐘,并可瞬時停機. 氫氧燃料電池
編輯本段再生式
將電池反應(yīng)產(chǎn)物（水）通過電解器轉(zhuǎn)變成反應(yīng)物（氫和氧）,再重復(fù)使用以產(chǎn)生電能的燃料電池,由燃料電池和電解器兩部分組成.可以作為大功率太陽電池陣電源系統(tǒng)的貯能裝置.有日照時,太陽電池陣提供電能給航天器負載,還用于將水電解成氫和氧,使部分電能貯存起來.航天器進入陰影區(qū)太陽電池不能發(fā)電或供電不足時,由這種燃料電池供電.
氫氧燃料電池是不需要將還原劑和氧化劑 全部儲藏在電池內(nèi)的裝置
摘自百度百科