氫燃料電池的神秘面紗

1、氫燃料電池概況 　　1.1、燃料電池種類多樣 　　燃料電池，是一種主要通過(guò)氧或其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的電池。 　　燃料電池有多種類型，但是它們都有相同的工作模式。它們主要由三個(gè)相鄰區(qū)段組成：陽(yáng)極、電解質(zhì)和陰極。兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個(gè)不同區(qū)段的接口之間。兩種反應(yīng)的凈結(jié)果是燃料的消耗、水或二氧化碳的產(chǎn)生，和電流的產(chǎn)生，可以直接用于電力設(shè)備。 　　燃料電池按燃料類型可分為直接型、間接型和再生型；按電解質(zhì)種類又可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸鹽型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SOFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC). 　　20多年來(lái)，燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。在所有燃料電池中，堿性燃料電池(AFC)發(fā)展速度最快，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水；質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)已廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來(lái)應(yīng)用；磷酸燃料電池(PAFC)作為中型電源應(yīng)用進(jìn)入了商業(yè)化階段，是民用燃料電池的首選；熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)也已完成工業(yè)試驗(yàn)階段；起步較晚的固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)作為發(fā)電領(lǐng)域最有應(yīng)用前景的燃料電池，是未來(lái)大規(guī)模清潔發(fā)電站的優(yōu)選對(duì)象，100kW管式SOFC電站已經(jīng)在荷蘭運(yùn)行，Siemens和三菱重工都進(jìn)行了SOFC發(fā)電系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。相比之下，SOFC、MCFC 　　1.2、氫燃料電池是目前發(fā)展最好的燃料電池 　　氫燃料電池，即使用氫氣作為燃料，利用電解水的逆反應(yīng)產(chǎn)電的一種燃料電池，是目前發(fā)展最好的燃料電池。其工作原理即：將氫氣送到電池的陽(yáng)極板，通過(guò)催化劑的作用，氫原子變成一個(gè)正電荷的氫離子和一個(gè)負(fù)電荷的電子，其中氫離子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極板，而電子不能通過(guò)電解質(zhì)，而只能通過(guò)外部電路形成電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。 　　1.3、氫燃料電池三大核心優(yōu)勢(shì) 　　氫燃料電池陰極板供給的氧可直接從空氣中獲得，因此僅需不斷給陽(yáng)極板供應(yīng)氫氣并及時(shí)把水帶走，氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對(duì)于其他能源，氫燃料電池的發(fā)電過(guò)程無(wú)污染，能量轉(zhuǎn)換效率更高，且其燃料氫氣來(lái)源廣泛，可再生。 　　1.3.1、零污染的環(huán)保戰(zhàn)士 　　燃料電池屬于清潔能源的一部分，由于其反應(yīng)過(guò)程就是無(wú)污染的水反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生污染物，其主要污染物來(lái)自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相對(duì)于普通火力發(fā)電的空氣污染以及傳統(tǒng)電池的重金屬污染而言，燃料電池對(duì)環(huán)境的污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低。而氫燃料電池，其燃料為純凈無(wú)污染的氫氣，相對(duì)其他燃料而言，廢氣中也不存在污染物?？梢哉f(shuō)，氫燃料電池就是一個(gè)能真正實(shí)現(xiàn)零污染的環(huán)保能源。 　　1.3.2、高效的能量轉(zhuǎn)換效率 　　燃料電池的發(fā)電效率也處于較高水平。在各種發(fā)電方式中，傳統(tǒng)火力發(fā)電效率在30%左右，遠(yuǎn)低于燃料電池平均的40%-60%效率。而在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用中，燃料電池的效率可達(dá)60%，也高于目前汽車(chē)普遍使用的內(nèi)燃機(jī)效率。總體而言，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率在其類似替代能源中都處于較高水平。 　　1.3.3、易于獲得的燃料--氫氣 　　氫是宇宙中最常見(jiàn)的元素，氫及其同位素占到了太陽(yáng)總質(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。氫分子在地球上不是以天然的氣體存在，大部分氫結(jié)合氧存在水中，可以說(shuō)水資源在一定程度上代表了氫能的儲(chǔ)存量。 　　制氫的能源和燃料可以來(lái)自多種來(lái)源例如天然氣、核能、太陽(yáng)能、風(fēng)力、生物燃料、煤礦、其他化石燃油、地?zé)?。目前氫氣主要是作為一種中間產(chǎn)品而生產(chǎn)的。主要是由化石能源天然氣(CH4)、原油(烴)或煤等原料，與水蒸汽在高溫下經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化法、部分氧化法、煤氣化法等工藝生成。