燃料电池

燃料电池(FuelCell),是一种发电装置,但不像一般非充电电池一样用完就丢弃,也不像充电电池一样,用完须继续充电,燃料电池正如其名,是继续添加燃料以维持其电力,所需的燃料是「氢」,其之所以被归类为新能源,原因就在此。燃料电池的运作原理,也就是电池含有阴阳两个电极,分别充满电解液,而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入,氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用,使得阳极的氢原子分解成两个氢质子(proton)与两个电子(electron),其中质子被氧『吸引』到薄膜的另一边,电子则经由外电路形成电流后,到达阴极。在阴极催化剂之作用下,氢质子、氧及电子,发生反应形成水分子,因此水可说是燃料电池唯一的排放物。燃料电池所使用的「氢」燃料可以来自于任何的碳氢化合物,例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气…等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应,产生电流及水,不但完全无污染,也避免了传统电池充电耗时的问题,是目前最具发展前景的新能源方式,如能普及的应用在车辆及其它高污染之发电工具上,将能显著改善空气污染及温室效应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。

(1)能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%.(2)有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。(3)燃料适用范围广：燃料电池既可适用于城市大型发电站，也可作为医院、商店、集体宿舍、边远山区的小型发电装置，以及日常和国防用于行走机械的动力系统。燃料电池的开发时今后电气新能晕应用的重大方向，它的研制具有重大的社会意义和经济意义。(4)积木化强规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适(5)负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频燃料电池原理率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。(6)环境保护性：通过燃料电池系统释放出的污染物比直接燃烧要降低几个数量级，可有效的保护环境。(7)模块设计，结构紧凑：设备可以模块化，尺寸灵活性大，发电量易于调节。(8)位置灵活性：燃料电池是一种独立的发电体系，由于没有运动部件，所以可以没有噪声污染，可以方便使用，随意放置，不受周围环境限制。(9)可以采用多种燃料：高温操作型燃料电池不需要外部还原系统，在这一方面更具有优势。

燃料电池电极反应式电极：惰性电极。燃料包含：H2;烃如：CH4;醇如：C2H5OH等。电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液;②碱性电解质溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸盐如：K2CO3等。第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应为：CH4+2O2=CO2+2H2O①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②①式+②式得燃料电池总反应为：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H+

燃料电池技术未来十年内必将实现产业化随着国家示范运行政策的广泛推行与媒体的积极宣传，纯电动汽车、混合动力汽车等曾经“高精尖”的节能环保技术，已经越来越为普通人所熟悉和了解。然而，与前两位“兄弟”的大红大紫相反，新能源汽车三条主要技术路线中的燃料电池汽车，却多少显得有些神秘与沉寂。按照当前技术与产业发展进度，再过5到10年，人们或许就能握住燃料电池汽车方向盘电动汽车这几年来的风风火火，常常会让人们误以为燃料电池汽车应该与前者没什么不同。实际上，燃料电池汽车自身具有独特的能源生成机制。虽然依旧是电动汽车的一种，但是其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，不经过燃烧而直接变成电能。整个化学反应的过程除了水之外，不会产生任何污染物，称得上是环保程度最高的汽车种类。在我国新能源汽车“三纵三横”的研发格局中，燃料汽车与混合动力汽车、纯电动汽车一起，共同组成了技术路线的“三纵”。“在40到50年的时间里，传统汽车与三种新能源汽车会长期并存。但从更长远上来看，如果期间没有其他种类技术的横空出世，燃料电池汽车可以说是汽车工业的未来方向。”全国政协委员、上海神力科技有限公司董事长胡里清说。不过，戴着这顶“未来方向”的高帽，却并不意味着燃料电池汽车只是一场半个世纪之后的梦。按照当前技术与产业发展的进度，距离人们开始有机会握住燃料电池汽车方向盘的时间，或许只有5到10年。

燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。

燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。首先，它可以用作小型发电设备;其次，作为长效的“电池”;三是电动汽车上的应用。燃料电池首先用作发电设备，是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的，因为汽车需要的是发电机，发电机的价格远比燃料电池要便宜，因此在短期内，燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。现在燃料电池研究与开发集中在四大技术方面：(1)电解质膜;(2)电极;(3)燃料;(4)系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池,尤其重视(1)～(3)方面的材料研究与开发。第四方面的研究课题是燃料电池的系统结构,前三个方面是构成燃料电池的必要准备,而系统结构是燃料电池的最终结果固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，是解决世界节能和环保的重要手段，受到了世界许多国家的普遍重视，包括美国、欧洲、日本、澳大利来、韩国等。尽管固体氧化物燃料还存在一些问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等等问题，但是瑕不掩瑜，加快固体氧化物燃料电池发展必然是世界发展的总趋势。降低电池操作温度和微型化是固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展趋势。其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：a)高性能电极材料及其制备技术;b)新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术;c)电池结构优化设计及其制备技术;d)电池的结构、性能与表征的研究。随着燃料电池技术的进一步发展，必将能够加快我国经济建设与可持续化发展步伐。燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它与天气有关，受气候的制约;核能利用又存在安全问题;唯有燃料电池供电，它没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它解决了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有所作为，跟上全球技术发展的步伐。