鉅大LARGE | 點擊量：16273次 | 2018年07月20日
燃料電池和氫能源汽車的工作原理是什么
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(chǎn)生的熱量相當(dāng)于3千克汽油或4.5千克焦炭的發(fā)熱量。但是，在應(yīng)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(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)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(jīng)過多年的探索，最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負(fù)極，經(jīng)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(jīng)外部電路產(chǎn)生電流。失去電子的氫離子（質(zhì)子）可穿過質(zhì)子交換膜（即固體電解質(zhì)），在正極與氧原子和電子重新結(jié)合為水。由于氧可以從空氣中獲得，只要不斷給負(fù)極供應(yīng)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(fù)荷，并且行駛里程沒有電能驅(qū)動汽車的限制。因此，氫燃料電池可以說是一種極佳的驅(qū)動動力。用這種動力驅(qū)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(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(dāng)今發(fā)達(dá)國家十分重視的高新技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(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(fù)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(jìn)行。
工作時向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負(fù)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(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)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(dá)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
氫氣和氧氣都可以由電池外提供。
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(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)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(fù)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(fù)極分解成正離子H+和電子e-。當(dāng)氫離子進(jìn)入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負(fù)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(dá)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(qiáng)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(jī)"。
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(fù)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：
若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則
負(fù)極反應(yīng)式為：
正極反應(yīng)式為：
若電解質(zhì)溶液是酸溶液則
負(fù)極反應(yīng)式為：
正極反應(yīng)式為：
總反應(yīng)方程式為：
在堿溶液中，OHˉ含量極高，故負(fù)極處生成的H+會直接與OHˉ結(jié)合生成水，而正極處生成的OHˉ由于缺少H+結(jié)合而以離子的形態(tài)存在。酸性溶液則正好相反。
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(jìn)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(dá)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(fù)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(jìn)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。
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