氫燃料電池原理

氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲存能量的電池。特點環(huán)保節(jié)能，高效,。

汽車是人們生活中的重要交通工具，而汽車排放的尾氣又是造成日益嚴(yán)重的環(huán)境污染的重要原因,，為此,，人們急需尋找一種代用燃料。科學(xué)家經(jīng)過幾十年的精心研究發(fā)現(xiàn),，用氫燃料電池作汽車動力無污染環(huán)境的有害成份,。因此，使用氫燃料電池的汽車才是名副其實的“綠色燃料”汽車,。據(jù)報道,，在冰島政府的支持下，戴姆勒—克萊斯勒公司和殼牌公司1999年初公布了把這個島國變?yōu)槭澜缟系谝粋€“氫經(jīng)濟”的國家計劃——最終用無污染的氫能源取代所有小轎車,、公共汽車上使用的柴油和汽油,。目前，德國已經(jīng)陸續(xù)推出了各種燃氫汽車,。

過去,，人們總以為氫氣是一種化學(xué)元素，很少把它作為能源來看待,。自從出現(xiàn)了火箭和氫彈之后,，氫氣又變成了航天和核武器的重要材料，現(xiàn)在又將其制成氫燃料電池,，為人們提供電能,。

氫燃料電池發(fā)電的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽極,，氫通過陰極向外擴散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,，放出電子通過外部的負載到達陽極。

氫燃料電池與普通電池的區(qū)別主要在于：干電池,、蓄電池是一種儲能裝置,，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來,；而氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(fā)電裝置,，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置,。另外,，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項關(guān)鍵技術(shù),，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面,，還要對電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。

20世紀(jì)60年代,，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域,。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置,。進入70年代以后,，隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術(shù),，很快，氫燃料電池就被運用于發(fā)電和汽車,。

大型電站,，無論是水電、火電或核電,，都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng),，由電網(wǎng)輸送給用戶。但由于各用電戶的負荷不同,，電網(wǎng)有時呈現(xiàn)為高峰,，有時則呈現(xiàn)為低峰，這就會導(dǎo)致停電或電壓不穩(wěn),。另外,，傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機這些龐大的設(shè)備上，燃燒時還會消耗大量的能源和排放大量的有害物質(zhì),。而使用氫燃料電池發(fā)電,，是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進行燃燒,，能量轉(zhuǎn)換率可達60%～80%,，而且污染少、噪音小,，裝置可大可小,，非常靈活。

氫的化學(xué)特性活躍,，它可同許多金屬或合金化合,。某些金屬或合金吸收氫之后，形成一種金屬氫化物,，其中有些金屬氫化物的氫含量很高,，甚至高于液氫的密度，而且該金屬氫化物在一定溫度條件下會分解,，并把所吸收的氫釋放出來,，這就構(gòu)成了一種良好的貯氫材料。

隨著制氫技術(shù)的發(fā)展,，氫燃料電池離我們的生活越來越近。到那時,，氫氣將像煤氣一樣通過管道被送入千家萬戶,，每個用戶則采用金屬氫化物的貯罐將氫氣貯存起來，然后連接氫燃料電池,，再接通各種用電設(shè)備,。它將為人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境,，減輕繁重的生活事務(wù)。但愿這種清潔方便的新型能源——氫燃料電池早日在人們?nèi)粘Ｉ钪小?/p>

20輛中國自主研制的氫燃料電池轎車在同濟大學(xué)新能源汽車工程中心舉行赴京發(fā)車儀式,，它們將在奧運會中投入運營,。這20輛氫燃料電池轎車是基于大眾帕薩特領(lǐng)馭車型，通過改制和集成最新一代燃料電池轎車動力系統(tǒng)平臺而成功研發(fā)出來的,。它們以氫氣為能源,，經(jīng)氫氧化學(xué)反應(yīng)生成水，真正實現(xiàn)零污染,。氫燃料電池轎車加一次氫可跑300多公里,，時速達每小時140~150公里。目前,，氫燃料電池轎車比同類型內(nèi)燃機車重200多公斤,，貴5倍以上。

氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板(負極),，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用,，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜,，到達燃料電池陰極板(正極),，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子,，只能經(jīng)外部電路,，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流,。電子到達陰極板后,，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧,，可以從空氣中獲得,，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣,，并及時把水(蒸氣)帶走,，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電,，經(jīng)逆變器,、控制器等裝置，給電動機供電,，再經(jīng)傳動系統(tǒng),、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛,。與傳統(tǒng)汽車相比,，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達60~80%,，為內(nèi)燃機的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧,，生成物是清潔的水,，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出,。因此,，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車,，氫燃料是完美的汽車能源,！

氫燃料電池車的優(yōu)勢毋庸置疑，劣勢也是顯而易見,。隨著科技的進步,，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善,，然而成本問題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸,。目前氫燃料電池的成本是普通汽油機的100倍，這個價格是市場所難以承受的,。

據(jù)悉,，這批氫燃料電池車，最大輸出功率高達60千瓦,，燃料消耗僅為每百公里1.2公斤氫氣,，大約相當(dāng)于4升93號汽油。