燃料电池的原理是氢和氧通过电解质发生电化学反应,产生电位差,产生低压DC输出
燃料的工作原理:作为反应物的原燃料,如天然气、石油、甲醇等
,经“燃料提质装置”分离出氢气后进入电池体内,另一端空气体中的氧气也进入电池体内,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,从而形成低压DC输出
主燃料:燃料电池主要由燃料、氧化剂、电极、电解质等组成
它使用的燃料范围很广,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
燃料电池的基本原理是通过氧化还原反应将化学能转化为电能。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器,它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能,不受卡诺循环效应的限制,因此效率高。另外,燃料电池用燃料和氧气作为原料,同时没有机械传动部件,故排放出的有害气体极少,使用寿命长。由此可见,从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是最有发展前途的发电技术
燃料电池的工作过程如下:
1、燃料气体在阳极处发生氧化反应,产生带正电荷的氢离子(H+)和电子(e-)。
2、电子通过外部电路流向阴极,产生电流,完成电能转化。
3、氢离子通过电解质层传递至阴极一侧。
4、阴极处的氧气与氢离子在电解质层上发生还原反应,生成水(H2O)。
5、水蒸气从阴极排出,同时可以回收利用。
燃料电池的基本原理是通过氧化还原反应将化学能转化为电能,而不像传统电池需要通过化学反应来产生电能。燃料电池的反应速率较快,能够提供连续的电能输出。
燃料电池的特点
1、高效能:燃料电池的效率可以达到50%以上,远高于传统的内燃机。
2、环保:燃料电池的主要排放物是水,不会产生二氧化碳等有害气体。
3、可再生能源:燃料电池可以使用氢气、甲烷等多种可再生能源作为燃料,具有较高的灵活性。
4、静音运行:燃料电池的运行过程几乎没有噪音。
燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。
同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。
扩展资料:
优点
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。
发电效率高
燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上,它的发电效率可达到85% ~90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%~ 60%。若实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。
环境污染小
燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。另外,由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫,而且按电化学原理发电,没有高温燃烧过程,因此几乎不排放氮和硫的氧化物,减轻了对大气的污染。
比能量高
液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。目前,燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%,但仍比一般电池的实际比能量高很多。
燃料电池的本质上是高中的原电池
燃料做原电池的负极
燃料失去电子
常见的燃料有氢气,乙醇,甲烷等
失去的电子通过外电路流向正极
正极上空气中的氧气得到电子
在电池的内部
正负极之间有离子的定向移动
形成了内电流
整体形成了闭合的回路
就产生了电流
从能量的角度上讲
燃料与氧气反应的过程中会释放出化学能
化学能大部分转变成了电能
当然一少部分化学能转变成了内能
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反应物质——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。
以氢氧燃料电池为例,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"。