燃料电池的工作原理及应用

当今能以工业规模生产的电力有火电、水电、核电等三种。而被誉为第四种电力的燃料电池发电，也正在美、日等发达国家崛起，以急起直追的势头快步进入能以工业规模发电的行列。 燃料电池的工作原理 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活物质（起反应的物质）--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，现在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）。氢在负极分解成正离子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，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。

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"。

它通过氢和氧的化学反应产生电能和热能。因为是通过化学反应而产生电能，所以称为“电池”，实际是一种发电装置。

一，燃料电池的优势

1，洁净、安全的发电装置

从发电厂、工厂，以及汽车等排出的大量各种物质是造成大气污染和地球温暖化的主要原因。而燃料电池可以替代这些正在使用的锅炉和内燃机等。



2，多燃料系统

在地球上，氢绝大多数是以化合物的形式存在。比如：氢氧化合物（水）和碳氢化合物。

可以作为燃料电池原料使用的碳氢化合物主要来源于天然气、液化气、石油和煤炭等化石燃料。

可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料。

3，高效率的发电装置



4，分散型的发电装置

规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以建在大城市的近郊。

规模稍小的可以建在住宅小区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减少因长距离输送电力而产生的损耗。

面向个人用途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动便携电话的电源。

可组成电能和热能同时利用的“发电及余热利用系统”

由于燃料电池的规模小而更容易利用发电时排出的热量，组成发电及余热利用系统。

由于排出的热量能够有效的用于空调和水的加热等，所以进一步提高了能源的综合利用效率。

现在一直被使用的单纯发电系统，能源效率只有30%~40%。而由燃料电池组成的热电并用系统，可以将能源利用效率提高到70%~80%以上。

二、燃料电池装置的构成



三、燃料电池的类型

碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。  

磷酸燃料电池（PAFC）——采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。

熔融碳酸燃料电池（MCFC）

固态氧燃料电池（SOFC）——采用固态电解质

四、燃料电池的应用

美国戴姆勒—克莱斯勒公司的甲醇改质型燃料电池汽车 “NECAR5 “

四、燃料电池的应用

美国戴姆勒—克莱斯勒公司的甲醇改质型燃料电池汽车“NECAR5”



通用公司的液氢燃料电池汽车“氢动三号”