氢氧燃料电池反应原理及工作原理

2018-02-04 17:26:22编辑:王磊 关键字:氢氧燃料电池

氢氧 燃料电池 是以氧气作为氧化剂,以氢气作为燃料,然后通过燃料的各种化学反应,进而将产生的化学能转化为电能有一种电池。氢氧燃料电池具有容量大、比能量高、转化效率高和功率范围广等多个优点。氢氧燃料电池和一般电池有着很大区别,一般电池的活性物质是被存放在电池的内部的,所以储存的活性物质的量的多少决定电池的容量。而燃料电池的活性物质是可以被源源不断地输入的。今天小编就来给大家介绍一下氢氧燃料电池的一些知识。


氢氧燃料电池的分类


氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。


1、离子膜氢氧燃料电池


用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜。电池放电时,在氧电极处生成水,通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。


2、培根型燃料电池


属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同),加铂作催化剂。电解质为80%~85%的苛性钾溶液,室温下是固体,在电池工作温度(204~260°C)下为液体。这种电池能量利用率较高,但自耗电大,起动和停机需较长的时间(起动需24小时,停机17小时)。


3、石棉膜燃料电池


也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成,氧电极是多孔银极片,两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜,再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟,并可瞬时停机。 比磷酸铁锂电池要更环保。

  

氢氧燃料电池的优点


1、材料价廉


2、操作简单


3、安全


4、高效


5、无污染


氢氧燃料电池工作原理

  

燃料电池是一种化学电池,它利用物质发生化学反应时释出的能量,直接将其变换为电能。从这一点看,它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是,它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂,这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池。  具体地说,燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机”。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,现在正发展为直接使用固体的电解质。


工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(空气,起作用的成分为氧气)。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上,空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。


利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电,所以也可称它为一种“发电机”。


一般来讲,书写燃料电池的化学反应方程式,需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种,在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+ 正极反应式为:O2 + 4H+ +4eˉ== 2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OHˉ。


若电解质溶液是碱、盐溶液则负极反应式为:2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正极为:O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ


若电解质溶液是酸溶液则负极反应式为:2H2-4eˉ=4H+(阳离子),正极为:O2+4eˉ+4H+=2H2O


记忆规律如下:

碱性条件下,容易记住正极的O2、H2O、eˉ、4OHˉ前面的系数分别为1、2、2、4,再用总反应方程式减去上式即可。酸性条件下,易记住负极反应式(4H+)+(-4eˉ)=2H2,通过移项可以得到所需要的方程式,同样用总反应式减上式得到正极反应式。


氢氧燃料电池 hydrogen oxygen fuel cell


以氢气作燃料,氧气作氧化剂,通过燃料的燃烧反应,将化学能转变为电能的电池。


氢氧燃料电池工作时,向氢电极供应氢气,同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下,通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电,在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后,这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。


电极反应式


氢氧燃料电池(中性介质):


正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-


负极:2H2 - 4e- → 4H+


总反应式:2H2 + O2 == 2H2O


氢氧燃料电池(酸性介质):


正极:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O


负极:2H2 - 4e-→ 4H+


总反应式:2H2 + O2 == 2H2O


氢氧燃料电池(碱性介质):


正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-


负极:2H2 - 4e- + 4OH- → 4H2O


总反应式:2H2 + O2 == 2H2O

关键字:氢氧燃料电池

来源: 互联网 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/article_2018020428043.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:甲醇燃料电池的正负极反应式
下一篇:制作6v镍氢电池充电器(两款镍氢电池充电器制作方法详解)

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

教你如何制造一个氢氧燃料电池

燃料电池是类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点,具有巨大的应用价值。但是,由于这类电池必须用特殊的催化剂,而该类催化剂现在制造困难,价格昂贵,所以,这类电池还不能普及,仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识,在学校科技活动中,制作了可用于演示的所氢氧燃料电池,效果很好。现介绍如下:   一、用具   U形管,石墨碳棒,分液漏斗,酒精喷灯,低压直流电源,30%的氢氧化钾溶液(或30%的稀硫酸),橡皮塞(双孔),导线等。   二、制作原理   用多孔碳棒作燃料电池的正、负极,30%的氢氧化钾溶液作电解质溶液。负极吸附氢气,正极
发表于 2013-05-04 19:18:37
教你如何制造一个氢氧燃料电池

教你如何制造一个氢氧燃料电池

  燃料电池是类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点,具有巨大的应用价值。但是,由于这类电池必须用特殊的催化剂,而该类催化剂现在制造困难,价格昂贵,所以,这类电池还不能普及,仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识,在学校科技活动中,制作了可用于演示的所氢氧燃料电池,效果很好。现介绍如下:   一、用具   U形管,石墨碳棒,分液漏斗,酒精喷灯,低压直流电源,30%的氢氧化钾溶液(或30%的稀硫酸),橡皮塞(双孔),导线等。   二、制作原理   用多孔碳棒作燃料电池的正、负极,30%的氢氧化钾溶液作电解质溶液。负极吸附氢气
发表于 2012-12-22 23:41:18
教你如何制造一个氢氧燃料电池

氢氧燃料电池基础详解

燃料电池是很有发展前途的新的动力电源,一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,作为负极,用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的,因而电池容量取决于贮存的活性物质的量;而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的,因此,这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点,但由于成本高,系统比较复杂,仅限于一些特殊用途,如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。   按电池结构和工作方式,氢氧燃料电池可分为离子膜、培根型和石棉膜三类。   1.离子膜氢氧燃料电池:用阳离子交换膜作电解质的酸性
发表于 2012-01-03 21:09:44
氢氧燃料电池基础详解

氢氧燃料电池基础详解

      什么是氢氧燃料电池?   燃料电池是很有发展前途的新的动力电源,一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,作为负极,用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的,因而电池容量取决于贮存的活性物质的量;而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的,因此,这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点,但由于成本高,系统比较复杂,仅限于一些特殊用途,如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。   按电池结构和工作方式,氢氧燃料电池可分为离子
发表于 2011-11-19 19:38:51
氢氧燃料电池基础详解

简易的氢氧燃料电池制作

燃料电池是类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点,具有巨大的应用价值。但是,由于这类电池必须用特殊的催化剂,而该类催化剂现在制造困难,价格昂贵,所以,这类电池还不能普及,仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识,在学校科技活动中,制作了可用于演示的所氢氧燃料电池,效果很好。现介绍如下:    一、用具     U形管,石墨碳棒,分液漏斗,酒精喷灯,低压直流电源,30%的氢氧化钾溶液(或30%的稀硫酸),橡皮塞(双孔),导线等。    二、制作原理    用多孔碳棒作燃料电池的正、负极,30%的氢氧化钾溶液作电解质溶液。负极吸附氢气,正极
发表于 2011-11-15 15:45:58
简易的氢氧燃料电池制作

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved