?氫氧燃料電池反應(yīng)原理及工作原理

氫氧 燃料電池 是以氧氣作為氧化劑，以氫氣作為燃料，然后通過燃料的各種化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而將產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能有一種電池。氫氧燃料電池具有容量大、比能量高、轉(zhuǎn)化效率高和功率范圍廣等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池和一般電池有著很大區(qū)別，一般電池的活性物質(zhì)是被存放在電池的內(nèi)部的，所以儲(chǔ)存的活性物質(zhì)的量的多少?zèng)Q定電池的容量。而燃料電池的活性物質(zhì)是可以被源源不斷地輸入的。今天小編就來(lái)給大家介紹一下氫氧燃料電池的一些知識(shí)。

氫氧燃料電池的分類

氫氧燃料電池按電池結(jié)構(gòu)和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類。

1、離子膜氫氧燃料電池

用陽(yáng)離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池，現(xiàn)代采用全氟磺酸膜。電池放電時(shí)，在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，但離子交換膜內(nèi)阻較大，放電電流密度小。

2、培根型燃料電池

屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極（內(nèi)外層孔徑不同），加鉑作催化劑。電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度（204～260°C）下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動(dòng)和停機(jī)需較長(zhǎng)的時(shí)間（起動(dòng)需24小時(shí)，停機(jī)17小時(shí)）。

3、石棉膜燃料電池

也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器，構(gòu)成氣室，封裝成單體電池。放電時(shí)在氫電極一邊生成水，可以用循環(huán)氫的辦法排出，亦可用靜態(tài)排水法。這種電池的起動(dòng)時(shí)間僅15分鐘，并可瞬時(shí)停機(jī)。 比磷酸鐵鋰電池要更環(huán)保。

氫氧燃料電池的優(yōu)點(diǎn)

1、材料價(jià)廉

2、操作簡(jiǎn)單

3、安全

4、高效

5、無(wú)污染

氫氧燃料電池工作原理

燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池?！　【唧w地說(shuō)，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的“發(fā)電機(jī)”。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。

利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發(fā)電機(jī)”。

一般來(lái)講，書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式，需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性。在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種，在酸溶液中負(fù)極反應(yīng)式為：2H2-4e-==4H+ 正極反應(yīng)式為：O2 + 4H+ +4eˉ== 2H2O;如是在堿溶液中，則不可能有H+出現(xiàn)，在酸溶液中，也不可能出現(xiàn)OHˉ。

若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正極為：O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ

若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：2H2-4eˉ=4H+（陽(yáng)離子），正極為：O2+4eˉ+4H+=2H2O

記憶規(guī)律如下：

堿性條件下，容易記住正極的O2、H2O、eˉ、4OHˉ前面的系數(shù)分別為1、2、2、4，再用總反應(yīng)方程式減去上式即可。酸性條件下，易記住負(fù)極反應(yīng)式（4H+）+（-4eˉ）=2H2，通過移項(xiàng)可以得到所需要的方程式，同樣用總反應(yīng)式減上式得到正極反應(yīng)式。

氫氧燃料電池 hydrogen oxygen fuel cell

以氫氣作燃料，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵亍?/p>

氫氧燃料電池工作時(shí)，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時(shí)向氧電極供應(yīng)氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水。這時(shí)在氫電極上有多余的電子而帶負(fù)電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行。

電極反應(yīng)式

氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）：

正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

負(fù)極：2H2 - 4e- → 4H+

總反應(yīng)式：2H2 + O2 == 2H2O

氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）：

正極：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

負(fù)極：2H2 - 4e-→ 4H+

總反應(yīng)式：2H2 + O2 == 2H2O

氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）：

正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

負(fù)極：2H2 - 4e- + 4OH- → 4H2O

總反應(yīng)式：2H2 + O2 == 2H2O