燃料電池是電動(dòng)汽車中的一個(gè)特殊的存在,因?yàn)樗粚儆诠虘B(tài)電池,雖然其輸出的是電能但其工作原理更像是內(nèi)燃機(jī)的。今天整理了電動(dòng)車燃料電池及原理資料。
燃料電池由燃料在陽極氧化,氧化劑在陰極還原。如果在陽極(即外電路的負(fù)極,也可稱燃料極)上連續(xù)供給氣態(tài)燃料(氫氣),而在陰極(即外電路的正極,也可稱空氣極)上連續(xù)供給氧氣(或空氣),就可以在電極上連續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),并產(chǎn)生電流。由此可見,燃料電池與常規(guī)電池不同,它的燃料和氧化劑不是儲(chǔ)存在電池內(nèi),而是儲(chǔ)存在電池外部的儲(chǔ)罐中。當(dāng)它工作(輸出電流并做功)時(shí),需要不間斷地向電池內(nèi)輸人燃料和氧化劑并同時(shí)排出反應(yīng)產(chǎn)物。因此,從工作方式上看,它類似于常規(guī)的汽油或柴油發(fā)電機(jī)。
由于燃料電池工作時(shí)要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)送入燃料和氧化劑,所以燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體(氣體或液體)。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣體(如重整氣)和某些液體(如甲醇水溶液),常用的氧化劑為純氧、凈化空氣等氣體和某些液體(如過氧化氫和硝酸的水溶液等)。
燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界面,并對(duì)燃料的氧化產(chǎn)生催化作用,同時(shí)把反應(yīng)中產(chǎn)生的電子傳輸?shù)酵怆娐坊蛘呦葌鬏數(shù)郊靼搴笤傧蛲怆娐穫鬏?。陰極(氧電極)的作用是為氧和電解液提供公共界面,對(duì)氧的還原產(chǎn)生催化作用,從外電路向氧電極的反應(yīng)部位傳輸電子。
由于電極上發(fā)生的反應(yīng)大多為多相界面反應(yīng),為提高反應(yīng)速率,電極一般采用多孔材料并涂有電催化劑。電解質(zhì)的作用是輸送燃料電極和氧電極在電極反應(yīng)中所產(chǎn)生的離子,并能阻止電極間直接傳遞電子。隔膜的作用是傳導(dǎo)離子、阻止電子在電極間直接傳遞和分隔氧化劑與還原劑。因此隔膜必須是抗電解質(zhì)腐蝕和絕緣的物質(zhì),并具有良好耐潤濕性。
燃料電池是一種化學(xué)電池,它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量,直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看,它和其他化學(xué)電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是,它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑,這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?,所以被稱為燃料電池。
與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)相比,同樣都是需要燃料,但以汽油柴油等石油提煉而來的燃料產(chǎn)生的是熱能做功為汽車提供動(dòng)力,而燃料電池是燃燒后直接產(chǎn)生電能,兩種能量的不同導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)也完全不一樣。
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