燃料电池原理（你真知道燃料电池的原理吗？）

燃料电池原理(你真的了解燃料电池的原理吗？)

1969年，与美国阿波罗飞船一起登陆月球的电源装置是一种“燃料电池”，以其独特的性能吸引了全世界的关注。随后，直到20世纪70年代初，这种电源才逐渐转为民用，并得到了突飞猛进的发展。目前，燃料电池发电技术在美国、日本等国家已进入商业化阶段，并已制成万千瓦级大容量电池。与此同时，还有燃料电池-燃气轮机-涡轮发电机联合运行的发电厂。

原则上，所谓的“燃料电池”与传统的化学电池基本相同，也是通过电化学反应将物质的化学能转化为电能。区别在于:传统电池的内部材料是预先填充的，化学反应后，无法供电；然而，燃料电池用于化学反应的材料不断从外部填充，因此它可以持续发电。这是燃料电池最显著的特点。

电池的工作原理是以原燃料为反应物，如天然气、石油、甲醇等。，氢气经“燃料升级装置”分离后进入电池本体，另一端空气体中的氧气也进入电池本体，分别供给电池的电极，氢气和氧气通过电解液发生电化学反应，产生电位差，形成低压DC输出。

由于燃料电池直接将物质的化学能转化为电能，其效率很高，理论上可以达到90%。但实际上，燃料电池在化学反应中仍有“耗电”损失，因此最大只能达到60% ~ 70%。

燃料电池主要由燃料、氧化剂、电极、电解质等组成。它使用的燃料种类繁多，如天然气、石油、甲醇、液氨、肼、碳氢化合物、氢气等。这种电池可以根据需要设计不同的容量，主要看“单体电池”的数量。单体电池由四部分组成:正极(连接空气体板)、负极(连接燃料板)、电解液容器和上下绝缘隔板。根据需要，将单体电池串联，即可获得所需的电压和功率。

这类电池的化学反应过程很简单:在负极(氢电极)一侧，氢(H2)被催化剂(铂电极)电离成为易反应(H+)状态，这些分离出来的氢离子通过苛性钾等电解质输送到正极(氧电极，即空气体电极)，分离出电子。

阳极和阴极分别从外部连续供应氢(燃料)和氧(空气体)。这个反应是不断进行的，电子在外电路中不断流动，这就是我们需要的电流。

说白了，燃料电池的基本原理和化学反应机理虽然不难理解，但如果真的作为一个系统来工作，燃料电池的工艺设计自然是非常复杂的。

燃料电池中使用的电解质对燃料电池的发电性能，尤其是效率有很大的影响。

燃料电池作为将化学能直接转化为电能的新型发电技术的应用，具有许多独特的优势。

一是热损失小，发电效率高，一般达到40% ~ 50%，最大预计达到60% ~ 70%，不受负荷变化影响。目前世界上火力发电厂的效率不到40%，而我国燃煤电厂的效率只有27% ~ 28%。

二是低污染。在发电过程中，燃料电池不需要锅炉、燃烧器等燃烧设备，也不需要汽轮机等高速旋转设备。因此，它们不排放温室效应物质和有毒物质，也没有噪音干扰。

三是原料燃料适应性强，燃料电池使用的燃料可以多种多样，可以“消化”，包括煤、油、气等。

四是用途广泛，可用于航天、航空空和地面供电，适合布置在城乡、海岛、居民区和企业内部的热电负荷区。

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