燃料電池是一種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置，通過電化學(xué)方法結(jié)合燃料(通常為氫)和氧化劑(通常為氧氣)來(lái)產(chǎn)生電和熱。由于燃料電池能夠在不需要燃燒的情況下將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，只要供應(yīng)燃料，它就能提供比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)高得多的轉(zhuǎn)換效率。與相同功率輸出的化石燃料的技術(shù)相比，更高的效率的同時(shí)還帶來(lái)更低的二氧化碳排放和更少量的SOx和NOx。

燃料電池原理

燃料電池由夾在電解質(zhì)周圍的兩個(gè)電極組成。氫燃料被送入燃料電池的陽(yáng)極，氧氣(或空氣)通過陰極進(jìn)入燃料電池。

在陽(yáng)極處，氫在催化劑的作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過電解質(zhì)擴(kuò)散到陰極，電子則由外部電路流向正極，從而形成電流。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。氫氧燃料電池直接將燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此其具有效率高、污染小、噪音低的特點(diǎn)。

燃料電池組成結(jié)構(gòu)

燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等。

1.電極

電極主要可分為兩部分，其一為陽(yáng)極(Anode)，另一為陰極(Cathode)。燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，其性能的好壞關(guān)鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。

2.電解質(zhì)隔膜

電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子，故電解質(zhì)隔膜越薄越好，但亦需顧及強(qiáng)度。

3.集電器

集電器又稱作雙極板(Bipolar Plate)，具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用，集電器的性能主要取決于其材料特性、流場(chǎng)設(shè)計(jì)及其加工技術(shù)。

常見的幾種燃料電池

1.SOFC

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將燃料氣和氧化氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置,具有一般燃料電池的結(jié)構(gòu)。

2.RFC

氫燃料電池以氫氣為燃料,與氧氣經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)后透過質(zhì)子交換膜產(chǎn)生電能。氫和氧反應(yīng)生成水,不排放碳化氫、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物,無(wú)污染,發(fā)電效益高。

3.DMFC

直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池通常稱為直接甲醇燃料電池(DMFC)。膜電極主要由甲醇陽(yáng)極、氧氣陰極和質(zhì)子交換膜(PEM)構(gòu)成。

燃料電池堆

燃料電池堆是將多個(gè)單體電池雙極板與膜電極以串聯(lián)方式層疊組合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢構(gòu)成。燃料電池電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，也是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)核心部分。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電流。