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[技术] 燃料电池是如何工作的?

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发表于 2009-6-12 04:56:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
燃料电池做为新的能源正着渐被社会,被全人类所认识、接受。所以我们有必要从燃料电池的最基本知识入手让大家了解燃料电池的工作原理,下边就是英文的燃料电池工作原理。

A fuel cell produces electricity.

Most fuel cells do this using the chemical reaction between hydrogen and oxygen.

Normally hydrogen burns, reacting with oxygen from the air, producing water, heat and light. Sometimes sound is produced too, as in the familiar "pop" test for hydrogen. The reaction is:-



In the fuel cell the chemical reaction is exactly the same, but instead of producing light and heat energy, electrical energy is produced. This is achieved by feeding the hydrogen over one electrode, and the oxygen over another, as in the diagram below. The two electrodes are separated by an electroyte, a material that allows charged molecules or "ions" to move through it.:-



The reaction takes place in the cell, and water is produced. The water is formed in different places depending on what sort of electrolyte is used, but in some cells the water is recovered, and is used for drinking.

To understand how the chemical reaction produces an electric current you need to study it more closely, and this can be done for alkali electrolyte and for acid and "solid polymer" fuel cells at this WWW site. However, at a simple level you could consider it as the reverse of the experiment you might have seen where an electric current is passed through water and it splits up into hydrogen and oxygen. The fuel cell does the opposite, hydrogen and oxygen join together, making water and electricity.

We cannot leave out the fact that fuel cells do not have to use hydrogen as the fuel. The mini fuel cell produced by Electro-Chem-Technic can, for example, run off methanol. The basic chemical reaction is:-



Instead of the heat produced when methanol burns, electrical energy is produced.
 楼主| 发表于 2010-2-14 15:50:10 | 显示全部楼层
什么是燃料电池?

  燃料电池是一种装置,产生用电化学反应。每个燃料电池有两个电极,一个积极的和一负,分别称为阳极和阴极。的反应,产生电力采取电极进行。

  每个燃料电池也有电解质,载有与带电粒子从一个到另一个电极和一个催化剂,加速了反应电极。

  氢是基本的燃料,而且燃料电池也需要氧气。一个伟大的上诉燃料电池是他们很少产生污染的电力大部分氢气和用于发电,最终结合形成一氧无害的副产品,即水。

  一个细节的术语:单一燃料电池产生了直接的微量直流(DC)电力。在实践中,许多燃料电池通常组装成一堆栈。细胞或堆栈,这些原则是相同的。

  燃料电池如何工作的?

  在燃料电池的目的是产生一个电流,可定向细胞外做工作,如供电的电动马达或照明1 灯泡或一个城市。由于电力的行为方式,这与当前收益燃料电池,完成一个电路。 (要了解更多的电力和电力,参观“掷开关”网站上的史密森  的化学反应,产生这种电流是关键如何燃料电池工程。

  目前燃料电池的几种,而每个操作有点不同。但在一般来说,氢原子在阳极进入燃料电池的化学反应情况他们的电子带他们。氢原子现在是“离子”,并携带1 正电荷。负电荷的电子提供电流通过电线做工作。如果交流电(AC)是必要的,直流燃料电池的输出必须通过一个转换装置称为路由逆变器。

  

  图形由Marc马歇尔,沙茨能源研究中心

  在氧气进入燃料电池阴极,并在某些(如上面所示的1)类型的细胞,它有结合与电子从返回电路和氢气已通过电解质离子的旅行阳极。其他类型细胞的氧气拿起电子,然后穿过到阳极,在那里与氢离子结合电解质。

  电解液起着关键的作用。它必须只允许适当的离子通过之间的阳极和阴极。如果自由电子或其他物质可以旅行通过电解质,它们会破坏的化学反应。

  无论是结合在阳极或阴极,氢气和氧气一起形成水,排水渠从细胞。只要燃料电池供应氢气和氧气,它会发电。

  更妙的是,由于燃料电池来发电,而不是化学燃烧,他们不受热力学法律限制常规电厂(见“在词汇卡诺限额”)。因此,燃料电池效率更高提取燃料的能源。一些细胞产生的废物热量也可以利用,提高系统效率进一步提高。
 楼主| 发表于 2010-2-14 15:50:49 | 显示全部楼层
  那么,为什么我不能出去买燃料电池?

  燃料电池的基本运作,可能是不难说明。但是,建设廉价,高效,可靠的燃料电池是一种复杂得多的业务。

  科学家和发明家设计了许多不同类型和规模的燃料电池不同的搜索提高效率,和各类的技术细节。面临选择的燃料电池开发的许多制约选择电解质。该电极的设计,例如,以及用于制作材料他们依靠的电解质。今天,主要类型是碱性电解质,熔融碳酸,磷酸,质子交换膜(PEM)和固体氧化物。第一三个电解液,最后两个是固体。

  燃油的种类也取决于电解质。有些细胞需要纯氢气,氢气和因此要求,如“改革者”,净化燃料额外设备。其他细胞可以忍受一些杂质,但可能需要更高的温度运行效率。液体电解质散发一些细胞,这需要泵。的类型电解质也决定了细胞的工作温度,“熔融”碳酸盐电池运行热,正如名字所暗示的。

  每个燃料电池类型的优点和缺点比别人,而且没有又是廉价和有效的,足以广泛取代传统的发电方式动力等燃煤,水电,甚至核电厂。

  下面的列表介绍了这五种燃料电池的主要类型。更详细资料中可以找到这个网站的具体领域。

  燃料电池的不同类型。

  

  绘制的碱性电池。碱 燃料电池操作压缩氢气和氧气。他们通常使用氢钾溶液(化学,氢氧化钾)作为其在水电解质。效率是百分之七十左右,和工作温度范围在150到200摄氏度(约300至400华氏度)。细胞从300瓦(W)至5千瓦(kW)的输出范围。碱细胞中使用了阿波罗飞船提供电力和饮用水。它们需要纯粹氢燃料,然而,他们的铂电极催化剂昂贵。和像装满液体的容器,他们可以泄漏。

  

  制订一套熔融碳酸盐电池熔融碳酸盐 燃料电池(MCFC)的使用高盐的温度化合物(如钠,镁)碳酸盐(化学,二氧化碳3)  作为电解液。效率从60到80个百分点到,工作温度是650摄氏度(1200 华氏度)。输出单位达2兆瓦(MW)已建成,并设计单位存在多达100兆瓦。高温度限制碳的损害一氧化碳“中毒的细胞和余热”可以循环再造,使更多的电力。他们的镍电极,催化剂价格便宜,比铂用于其他细胞。但高温也限制了材料和安全使用对MCFCs,他们可能会因为太适合于家庭使用热。此外,从碳酸离子电解质在使用的反应,因此有必要注入二氧化碳以补偿。

  磷酸 燃料电池(聚合氯化铝铁)作为电解质磷酸。效率范围从40到百分之八十,以及工作温度为150至 200摄氏度(约300至400华氏度)。现有磷酸细胞输出可达到200千瓦和11兆瓦发电机组已经过测试。聚氯硫酸铝铁容忍碳一氧化碳浓度约百分之一点五,这拓宽了他们的选择燃料可以使用。如果使用汽油,硫,必须清除。铂电极催化剂需要和内部部件必须能够承受腐蚀性酸。

  

  无论怎样绘制磷酸质子交换膜燃料电池的运作。

  质子交换膜 (质子交换膜)燃料电池的工作在一个薄,表的形式渗透聚合物电解质。效率是40到百分之五十,以及工作温度为80摄氏度(约175华氏度)。电池输出的一般范围从50到250千瓦。固体,灵活的电解液不会泄漏或破裂,而这些细胞在足够低的运作温度,使他们为家庭和汽车使用。但他们的燃料必须净化,和铂催化剂用于膜的两侧,增加成本。

  

  制订一套固体氧化物电池固体氧化物 燃料电池(SOFC)的使用硬,陶瓷复合材料,金属(如钙或锆)氧化物(化学, Ø2)作为电解液。效率约为百分之六十,且运行温度大约 1000摄氏度(约1800华氏度)。细胞的数量达到100万千瓦。在如此高气温一改革者并不需要提取氢燃料和废物热量可以循环再造,使更多的电力。然而,高温固体氧化物燃料电池的应用范围的单位,他们往往是相当大。虽然固体电解质不能泄漏,他们可以侦破。

  更详细的资料关于每个燃料电池的类型,包括历史和目前的应用,可以找到本网站的特定部分。我们还提供了一个技术词汇表,一个链接,是在每个顶部提供技术网页。
发表于 2010-2-19 13:01:21 | 显示全部楼层
好复杂啊!
发表于 2013-6-27 10:54:38 | 显示全部楼层
有点复杂,要是能够把制作实物图放上去就好了,可以照着做,学习学习
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