氫 空氣 水系統(tǒng)

燃料電池系統(tǒng)的形式氫空氣水系統(tǒng)01內(nèi)容簡介反應(yīng)過程主要特點原理系統(tǒng)分類目錄03050204基本信息氫-空氣-水系統(tǒng)是燃料電池系統(tǒng)的一種形式，屬于直接式燃料電池，即直接使用燃料氫氣。氫-空氣-水系統(tǒng)是將氫與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將能量直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)中工作時，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時向氧電極供應(yīng)空氣。氫、空氣中氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進行。內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負極，用空氣中的氧作為正極．和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在電池內(nèi)部的，因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量；而燃料電池的活性物質(zhì)（燃料和氧化劑）是在反應(yīng)的同時源源不斷地輸入的，因此，這類電池實際上只是一個能量轉(zhuǎn)換裝置。這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點，但由于成本高，系統(tǒng)比較復(fù)雜，僅限于一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面

。原理原理氫-空氣-水系統(tǒng)工作時，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時向氧電極供應(yīng)氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進行。工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。燃料電池系統(tǒng)氫-空氣-水系統(tǒng)不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的裝置。氫-空氣-水系統(tǒng)的反應(yīng)物都在電池外部它只是提供一個反應(yīng)的容器。氫氣和氧氣都可以由電池外提供

。反應(yīng)過程反應(yīng)過程利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種"發(fā)電機"。一般來講，書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式，需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性。在正、負極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫-空氣-水系統(tǒng)有酸式和堿式兩種：若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負極反應(yīng)式為：正極反應(yīng)式為：若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負極反應(yīng)式為：正極反應(yīng)式為：總反應(yīng)方程式為：在堿溶液中，OHˉ含量極高，故負極處生成的H+會直接與OHˉ結(jié)合生成水，而正極處生成的OHˉ由于缺少H+結(jié)合而以離子的形態(tài)存在。酸性溶液則正好相反

。系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類氫-空氣-水系統(tǒng)按電池結(jié)構(gòu)和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類。（1）離子膜氫-空氣-水系統(tǒng)：用陽離子交換膜作電解質(zhì)的酸性燃料電池，現(xiàn)代采用全氟磺酸膜。電池放電時，在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，但離子交換膜內(nèi)阻較大，放電電流密度小。（2）培根型燃料電池系統(tǒng)：屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極（內(nèi)外層孔徑不同），加鉑作催化劑。電解質(zhì)為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度（204～260°C）下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動和停機需較長的時間（起動需24小時，停機17小時）。原理示意圖（3）石棉膜燃料電池系統(tǒng)：也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器，構(gòu)成氣室，封裝成單體電池。放電時在氫電極一邊生成水，可以用循環(huán)氫的辦法排出，亦可用靜態(tài)排水法。這種電池的起動時間僅15分鐘，并可瞬時停機

。主要特點主要特點（1）產(chǎn)物是水，清潔環(huán)保；（2）容易持續(xù)通氫氣