燃料电池原理（燃料电池原理是什么）

燃料电池的原理是什么？让我们来看看小编今天的分享吧！

燃料电池的原理是将燃料的化学能直接转化为电能。

理论上，燃料电池可以在近100%的热效率下运行，具有很高的经济性。目前，由于各种技术因素的限制，考虑到整个设备系统的能耗，各种燃料电池的总转换效率大多在45%~60%以内，如排热，可达80%以上。此外，燃料电池装置不含或含有少量运动部件，工作可靠，维护少，比传统发电机组安静。此外，电化学反应清洁完整，很少产生有害物质。所有这些都使燃料电池被视为一种非常有前途的能源动力装置。

燃料电池是一种电化学发电装置。根据电化学模式，化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制。因此，能量转化效率高，无污染，正成为理想的能源利用模式。同时，随着燃料电池技术的不断成熟和西气东输工程的充足天然气源，燃料电池的商业应用具有广阔的发展前景。

燃料电池是一种能量转化装置，根据电化学原理，即原电池的工作原理，将储存在燃料和氧化剂中的化学能量等温直接转化为电能，因此实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由阳极、阴极、电解质和外部电路四部分组成。燃料气和氧化气分别通过燃料电池的阳极和阴极进入。燃料气在阳极上释放电子，电子通过外部电路传输到阴极，并与氧化气结合产生离子。在电场的作用下，离子通过电解质迁移到阳极上，与燃料气发生反应，形成电路，产生电流。与此同时，由于其自身的电化学反应和电池的内阻，燃料电池也会产生一定的热量。除传导电子外，电池的阴阳两极还作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时，阳极需要更高的催化活性。阴阳两极通常是多孔结构，便于反应气体的进入和产物的排出。电解质还具有传递离子和分离子的作用。

燃料电池的主要部件有：电极、电解质隔膜和集电器。

1、电极

燃料电池的电极是燃料氧化反应和氧化剂还原反应的电化学反应场所。其性能的关键在于催化剂的性能、电极的材料和电极的工艺。

电极可分为两部分，一部分是阳极（Anode），另一为阴极（Cathode），厚度一般为200-500mm；其结构不同于一般电池的平板电极，因为燃料电池的电极是多孔结构，所以设计成多孔结构的主要原因是燃料电池使用的燃料和氧化剂大多是气体(如氧气、氢气等)。)，而气体在电解质中的溶解度不高。为了提高燃料电池的实际工作电流密度，降低极化，开发了多孔结构的电极，以增加参与反应的电极表面积。

目前，高温燃料电池的电极主要由触媒材料制成，如固态氧化物燃料电池（以下简称SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（简称YSZ）熔融碳酸盐燃料电池(以下简称(以下简称)MCFC）氧化镍电极等。，而低温燃料电池主要由气体扩散层支撑的薄层触媒材料组成，如磷酸燃料电池(以下简称PAFC）与质子交换膜燃料电池(以下简称PEMFC）白金电极等。

2、电解质隔膜

电解质隔膜的主要功能是分离氧化剂和还原剂，传导离子。因此，电解质隔膜越薄越好，但强度也需要考虑。就目前的技术而言，其一般厚度约为几十毫米至几百毫米；至于材料，目前主要有两个发展方向，一是石棉（Asbestos）膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂（LiAlO3）膜和其他绝缘材料制成多孔隔膜，然后浸泡在熔融锂碳酸盐、氢氧化钾和磷酸中，使其附着在隔膜孔中，另一种是全氟磺酸树脂(如PEMFC）及YSZ（例如SOFC）。

3、集电器

集电器又称双极板（Bipolar Plate），集电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工工艺，具有收集电流、分离氧化剂和还原剂、疏导反应气体等功能。

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