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氢能燃料电池的基本原理是电解水的逆反应,氢气和氧气分别供给阳极和阴极。氢气通过阳极扩散出去,电解液反应后,释放的电子通过外部负载到达阴极。
氢燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,代替燃烧(汽油和柴油)或储能(蓄电池)。最典型的传统备用电源方案,燃烧时会释放出COx、NOx、SOx等污染物气体和粉尘。燃料只产生水和热。如果用可再生能源生产氢气,整个循环就是一个不产生有害物质的完整过程。
严格来说,氢燃料电池是一种发电装置。和发电厂一样,它是直接将化学能转化为电能的电化学发电装置。此外,氢燃料电池的电极由特殊的多孔材料制成,这是氢燃料电池的关键技术。它不仅为气体和电解质提供了大的接触面,而且在电池的化学反应中起着催化作用。燃料电池运行安静,噪音只有55dB左右,相当于正常通话的水平。这使得燃料电池适用于室内安装或噪音有限的室外安装。
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在酸性条件下:
总反应:CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
正极:2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O
负极:CH4 + 2H2O -8e-=CO2 + 8H+
在碱性条件下:
总反应:CH4 + 2O2 = 2CO2 + 4H2O
正极:4H2O + 2O2 + 8e- = 8OH-
负极:CH4 + 8OH- - 8e- = CO2 + 6H2O
燃料电池注意事项:
燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常高,包括纯氢气(H2)、甲醇(CH3OH)、乙醇(CH3CH2OH)、天然气甚至于运用最广泛的汽油,都可以作为燃料电池的燃料。这是目前其他所有动力来源无法做到的。而以燃料电池做为汽车的动力,已被公认是廿一世纪必然的趋势。
燃料电池则是以具有可燃性的燃料与氧反应产生电力,通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷(CH4)、乙醇(酒精)、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧加热水使水沸腾,而使水蒸气推动涡轮发电,以这种转换方式大部分的能量通常都转为无用的热能。
氢燃料电池新能源汽车原理
什么是氢燃料电池
燃料电池是一种能量转化装置,它将燃料的电化学能转化成电能。它类似于电池一样也是电化学发电装置,因此被称为燃料电池。对应的采用氢气作为燃料的燃料电池就是氢燃料电池。它可以理解为水电解成氢气和氧气的逆反应。因此反应过程既清洁,又高效。因为它不受传统发动机采用卡诺循环42%左右的热效率限制,氢燃料电池的效率可轻松达到60%以上。
氢燃料电池并不像火箭那样通过氢气和氧气燃烧的剧烈反应产生动能,而是通过催化装置将氢气中的吉布斯自由能释放出来。打个比方,石墨和钻石都是碳的存在形势。但是形成钻石需要高温和高压。因此这种形态转化就代表不同的吉布斯自由能。
氢燃料电池工作原理
什么是氢燃料电池的技术关键
对于氢燃料电池的商用来说,最大的挑战之一就是成本控制。燃料电池汽车目前的成本是普通汽车的5倍左右。其核心部件被称为质子交换膜。它能够将氢气中的电子分离成为质子,进而从正极交换至负极和氧气进行反应产生水和热。相应的,质子交换膜的核心就是催化剂铂。而铂是一种贵金属,也就是通常婚戒的材料铂金。为了推动大规模商用,一方面必须减少催化剂的用量,另一方面是寻求低成本的替代材料。
氢燃料电池汽车的系统组成
谈到氢燃料电池汽车,目前主流采用的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术。其系统组成通常为燃料电池堆、氢气储罐、动力电池、燃料电池直流升压转换器、动力控制单元和动力电机组成。目前领先的燃料电池堆的功率密度可达3.1kW/L,最大输出功率可达114kW。由于每个燃料电池单体输出电压只有0.6~0.7V,因此需要配合直流升压转换器和动力电池使用。从而让电压可以适配650V高压,驱动动力电机。同时类似动力电池需要电池管理系统BMS,燃料电池也需要精密的监控管理系统FCMS,通过放电状态快速调整反应相关参数。为了储存氢气,一般采用70MPa高压液氢储罐。
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