燃料电池原理(你真的知道燃料和电力池的原理吗？)

1969年随美国阿波罗飞船登陆月球的供电装置，是一种因其独特性能而引起世界瞩目的“燃料电池”。随后，直到20世纪70年代初，这种电源才逐渐转为民用，发展突飞猛进。目前，燃料电池发电技术在美国、日本等国家已进入商业化阶段，并被制成万千瓦级高容量电池。同时也有燃料电池-燃气轮机-涡轮发电机联合运行的电厂。

所谓的“燃料电池”在原理上与传统的化学电池基本相同，同样是通过电化学反应将物质的化学能转化为电能。区别在于:传统电池的内部材料是预先填充的，化学反应后就无法供电了；而燃料电池进行化学反应所用的材料是不断从外部填充进来的，所以它能持续发电。这是燃料电池最显著的特点。

电池的工作原理是以原燃料作为反应物，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。

因为燃料电池直接将物质的化学能转化为电能，所以效率很高，理论上可以达到90%。但实际上燃料电池在化学反应中还是有“耗电”损失的，所以最高只能达到60% ~ 70%。

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。单体电池由正极(接空气板)、负极(接燃料板)、电解液容器和上下绝缘隔板四部分组成。根据需要，将单体电池串联起来，就可以得到所需的电压和功率。

这种电池的化学反应过程简单来说就是:在负极(氢电极)一侧，氢气(H2)被催化剂(铂电极)电离成为容易反应的(H+)态，这些分离出来的氢离子通过电解质(如苛性钾)输送到正极(氧电极，即空气电极)，并分离出电子。

并且阳极和阴极分别从外部被连续供应氢气(燃料)和氧气(k0/)。这个反应是不断进行的，电子在外电路中不断流动，这就是我们需要的电流。

说白了，虽然燃料电池的基本原理和化学反应机理并不难理解，但是燃料电池如果真的作为一个系统工作，工艺设计自然是非常复杂的。

燃料电池中使用的电解质对燃料电池的发电性能，尤其是效率有很大的影响。

燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的新型发电技术的应用，具有许多独特的优势。

一是热损失小，发电效率高，一般可达40% ~ 50%，预计最高可达60% ~ 70%，且不受负荷变化影响。目前世界上火力发电厂的效率不到40%，而我国燃煤电厂的效率只有27% ~ 28%。

二是低污染。在发电过程中，燃料电池不需要锅炉、燃烧器等燃烧设备，也不需要汽轮机等高速旋转设备。因此，它们不排放温室效应物质和有毒物质，也没有噪音干扰。

第三，原燃料适应性强，燃料电池使用的燃料可以多种多样，可以“消化”，包括煤、油、气等。

四是用途广泛，可用于航天、航空空和地面供电，适合布置在城乡、海岛、居民区和企业内部火电负荷区。