氫燃料電池原理圖解

氫氧燃料電池工作原理：將氫氣送到電池的陽極板，通過催化劑的作用，氫原子變成一個正電荷的氫離子和一個負電荷的電子，其中氫離子通過電解質(zhì)到達陰極板，而電子不能通過電解質(zhì)，而只能通過外部電路形成電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。

氫燃料電池陰極板供給的氧可直接從空氣中獲得，因此僅需不斷給陽極板供應(yīng)氫氣并及時把水帶走，氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對于其他能源，氫燃料電池的發(fā)電過程無污染，能量轉(zhuǎn)換效率更高，且其燃料氫氣來源廣泛，可再生。

氫氧燃料電池電極反應(yīng)式：

正極：O₂+ 4e^–+4H⁺ = 2H₂0

負極：2H₂-4e^–+40H^– = 4H₂0

總反應(yīng)：2H₂ + O₂ = 2H₂0

（一）氫燃料電池組成:

為維持電池的正常運轉(zhuǎn)，須持續(xù)供應(yīng)氫和氧，及時排除反應(yīng)產(chǎn)物（水）和廢熱。電池組由以下四部分組成：

1、氫氧供給分系統(tǒng)：航天器攜帶的氫和氧采用超臨界液態(tài)貯存，可縮小貯罐體積，解決失重條件下氣、液態(tài)的分離問題，但要求貯罐絕熱性能好、耐低溫、耐高壓（氧罐為6兆帕、氫罐為3~3.5兆帕）。

2、排水分系統(tǒng)：主要有動態(tài)排水和靜態(tài)排水兩種方式。前者把帶有水蒸氣的氫氣循環(huán)輸送到冷卻裝置，使水蒸氣冷凝成水進行分離；后者依靠多孔纖維編織材料（如燈芯）將冷凝后的水吸附出來，又稱燈芯排水。電池組排出的水經(jīng)凈化后可供航天員飲用或作冷卻劑。

3、排熱分系統(tǒng)：電池組通過冷卻劑（如乙二醇水溶液循環(huán)，將廢熱帶到輻射器向外排放，以維持電池組正常工作的溫度范圍。

④自動控制分系統(tǒng)：包括電池組工作壓力、溫度、排水與排氣、電壓、安全和冷卻液循環(huán)等的控制與調(diào)節(jié)。所測量的參數(shù)傳送到航天員座艙的顯示器或由遙測設(shè)備發(fā)回地面。當電池組出現(xiàn)故障時，自動切換到備份電池組供電。

（二）氫燃料電池的優(yōu)點：

1、零污染

燃料電池屬于清潔能源的一部分，由于其反應(yīng)過程就是無污染的水反應(yīng)，反應(yīng)過程不會產(chǎn)生污染物，其主要污染物來自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相對于普通火力發(fā)電的空氣污染以及傳統(tǒng)電池的重金屬污染而言，燃料電池對環(huán)境的污染程度遠遠降低。而氫燃料電池，其燃料為純凈無污染的氫氣，相對其他燃料而言，廢氣中也不存在污染物。可以說，氫燃料電池就是一個能真正實現(xiàn)零污染的環(huán)保能源。

2、高效的能量轉(zhuǎn)換效率

燃料電池的發(fā)電效率也處于較高水平。在各種發(fā)電方式中，傳統(tǒng)火力發(fā)電效率在30%左右，遠低于燃料電池平均的40%-60%效率。而在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用中，燃料電池的效率可達60%，也高于目前汽車普遍使用的內(nèi)燃機效率?？傮w而言，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率在其類似替代能源中都處于較高水平。

3、易于獲得燃料

氫是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。氫分子在地球上不是以天然的氣體存在，大部分氫結(jié)合氧存在水中，可以說水資源在一定程度上代表了氫能的儲存量。

4、動態(tài)響應(yīng)性好、供電穩(wěn)定

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)對負載變動的影響速度快，無論處于額定功率以上的過載運行或低于額定功率的低載運行，它都能承受，并且發(fā)電效率波動不大，供電穩(wěn)定性高。

5、發(fā)電環(huán)境友好

發(fā)電時不會排放塵埃，二氧化硫，氮氧化物和烴類等火力發(fā)電時會排放的污染物。并且氫氧電池按電化學(xué)原理工作，運動部件很少。因此工作時安靜，噪音很低。

6、自動運行

氫氧燃料電池發(fā)電系統(tǒng)是全自動運行，機械運動部件很少，維護簡單，費用低，適合做偏遠地區(qū)、環(huán)境惡劣以及特殊場合（如空間站和航天飛機）的電源。

7、采用模塊結(jié)構(gòu)

氫氧燃料電池電站采用模塊結(jié)構(gòu)，由工廠生產(chǎn)各種模塊，在電站的現(xiàn)場集成，安裝，施工簡單，可靠性高，并且模塊容易更換，維修方便。

8、安全性高

氫氣分子量為2，僅為空氣的1/14，因此，氫氣泄漏于空氣中會自動逃離地面，不會形成聚集。而其他燃油燃氣均會聚集地面而構(gòu)成易燃易爆危險。