燃料电池
氢氧燃料电池
科技名词定义
中文名称：
氢氧燃料电池
英文名称：
hydrogen oxygen fuel cell
定义：
将氢和氧经过电化学反应转变成电能的装置.
应用学科：
电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
百科名片
燃料电池是很有发展前途的新的动力电源,一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,作为负极,用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的,因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的,因此,这类电池实际上只是一个能量转换装置.这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点,但由于成本高,系统比较复杂,仅限于一些特殊用途,如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面.
目录
介绍
工作原理
组成
电池分类
再生式
编辑本段介绍
燃料电池是一种化学电池,它利用物质发生化学反应时释出的能量,直接将其变换为电能.从这一点看,它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的.但是,它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂,这又和其他普通化学电池不大一样.由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池.
具体地说,燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机".它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成.最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,2013年正发展为直接使用固体的电解质.
工作时向负极供给燃料（氢）,向正极供给氧化剂（空气,起作用的成分为氧气）.氢在负极分解成正离子H+和电子e-.当氢离子进入电解液中,而电子就沿外部电路移向正极.用电的负载就接在外部电路中.在正极上,空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水.这正是水的电解反应的逆过程.此过程水可以得到重复利用,发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙.
燃料电池的电极材料一般为惰性电极,具有很强的催化活性,如铂电极、活性碳电极等.
利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电,所以也可称它为一种"发电机".
一般来讲,书写燃料电池的化学反应方程式,需要高度注意电解质的酸碱性. 在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系.如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为：2H2-4e-==4H+ 正极反应式为：O2 + 4H+ +4eˉ== 2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OHˉ.
若电解质溶液是碱、盐溶液则负极反应式为：2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正极为：O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ
若电解质溶液是酸溶液则负极反应式为：2H2-4eˉ=4H+（阳离子）,正极为：O2+4eˉ+4H+=2H2O
记忆规律如下：
碱性条件下,容易记住正极的O2、H2O、eˉ、4OHˉ前面的系数分别为1、2、4、4,再用总反应方程式减去上式即可.酸性条件下,易记住负极反应式（4H+）+（-4eˉ）=2H2,通过移项可以得到所需要的方程式,同样用总反应式减上式得到正极反应式.
氢氧燃料电池 hydrogen oxygen fuel cell
以氢气作燃料,氧气作氧化剂,通过燃料的燃烧反应,将化学能转变为电能的电池.
氢氧燃料电池工作时,向氢电极供应氢气,同时向氧电极供应氧气.氢、氧气在电极上的催化剂作用下,通过电解质生成水.这时在氢电极上有多余的电子而带负电,在氧电极上由于缺少电子而带正电.接通电路后,这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行.
编辑本段工作原理
工作时向负极供给燃料（氢）,向正极供给氧化剂（氧气）.氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-.氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极.用电的负载就接在外部电路中.在正极上,氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水.这正是水的电解反应的逆过程.
氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置
氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器2H2+O2==2H2O
氢气和氧气都可以由电池外提供
氢氧燃料电池
编辑本段组成
以氢气作燃料、氧气作氧化剂的一类燃料电池.氢氧从外部通过管道输入电池进行电化学反应并输出电能.氢氧燃料电池的理论比能量达3600瓦·时/公斤.单体电池的工作电压一般为0.8～0.97伏,为了满足负载所需的工作电压,往往由几十个单体电池串联成电池组.
为维持电池的正常运转,须持续供应氢和氧,及时排除反应产物（水）和废热.电池组由以下几部分组成：①氢氧供给分系统：航天器携带的氢和氧采用超临界液态贮存,可缩小贮罐体积,解决失重条件下气、液态的分离问题,但要求贮罐绝热性能好、耐低温、耐高压（氧罐为6兆帕、氢罐为3～3.5兆帕）.②排水分系统：主要有动态排水和静态排水两种方式.前者把带有水蒸气的氢气循环输送到冷却装置,使水蒸气冷凝成水进行分离；后者依靠多孔纤维编织材料（如灯芯）将冷凝后的水吸附出来,又称灯芯排水.电池组排出的水经净化后可供航天员饮用或作冷却剂.③排热分系统：电池组通过冷却剂（如乙二醇水溶液）循环,将废热带到辐射器向外排放,以维持电池组正常工作的温度范围.④自动控制分系统：包括电池组工作压力、温度、排水与排气、电压、安全和冷却液循环等的控制与调节.所测量的参数传送到航天员座舱的显示器或由遥测设备发回地面.当电池组出现故障时,自动切换到备份电池组供电.
编辑本段电池分类
氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类.
①离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜.电池放电时,在氧电极处生成水,通过灯芯将水吸出.这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小.
②培根型燃料电池：属碱性电池.氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同),加铂作催化剂.电解质为80%～85%的苛性钾溶液,室温下是固体,在电池工作温度(204～260°C)下为液体.这种电池能量利用率较高,但自耗电大,起动和停机需较长的时间（起动需24小时,停机17小时）.
③石棉膜燃料电池：也属碱性电池.氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成,氧电极是多孔银极片,两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜,再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池.放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法.这种电池的起动时间仅15分钟,并可瞬时停机. 氢氧燃料电池
编辑本段再生式
将电池反应产物（水）通过电解器转变成反应物（氢和氧）,再重复使用以产生电能的燃料电池,由燃料电池和电解器两部分组成.可以作为大功率太阳电池阵电源系统的贮能装置.有日照时,太阳电池阵提供电能给航天器负载,还用于将水电解成氢和氧,使部分电能贮存起来.航天器进入阴影区太阳电池不能发电或供电不足时,由这种燃料电池供电.
氢氧燃料电池是不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置
摘自百度百科