燃料電池技術原理,燃料電池技術原理的介紹

2022-04-16 19:01:53 字數 6112 閱讀 3205

1樓:答樂助包

有的,就是溫差發電,seebeck效應。但是用於發電技術現在不成熟,現在只用來進行溫度測量,就是熱電偶。關於溫差發電 2023年,德國人seebeck發現,在兩種不同金屬(銻與銅)構成的迴路中,如果兩個接頭處存在溫度差,其周圍就會出現磁場,又通過進一步實驗發現迴路中存在電動勢。

這一效應的發現,為測溫熱電偶、溫差發電和溫差電感測器的製作奠定了基礎。 熱電轉換材料直接將熱能轉化為電能,是一種全固態能量轉換方式,無需化學反應或流體介質,因而在發電過程中具有無噪音、無磨損、無介質洩漏、體積小、重量輕、移動方便、使用壽命長等優點,在軍用電池、遠端空間探測器、遠距離通訊與導航、微電子等特殊應用領域具有「無可替代」的地位。在21世紀全球環境和能源條件惡化、燃料電池又難以進入實際應用的情況下,溫差電技術更成為引人注目的研究方向。

溫差發電的工作原理:將兩種不同型別的熱電轉換材料n和p的一端結合並將其置於高溫狀態,另一端開路並給以低溫時,由於高溫端的熱激發作用較強,空穴和電子濃度也比低溫端高,在這種載流子濃度梯度的驅動下,空穴和電子向低溫端擴散,從而在低溫開路端形成電勢差;如果將許多對p型和n型熱電轉換材料連線起來組成模組,就可得到足夠高的電壓,形成一個溫差發電機。

2樓:新能源電池網

燃料電池其原理是一種電化學裝置,其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部,因此,限制了電池容量。

而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質,只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時,燃料和氧化劑由外部供給,進行反應。

原則上只要反應物不斷輸入,反應產物不斷排除,燃料電池就能連續地發電。這裡以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池

(福建亞南集團為清潔能源解決方案**商,致力於氫能燃料電池產業化的企業。亞小南為您解答4000-080-999)

氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。電極應為: 負極:h2 +2oh-→2h2o +2e-

正極:1/2o2+h2o+2e-→2oh-

電池反應:h2+1/2o2==h2o

另外,只有燃料電池本體還不能工作,

燃料電池

燃料電池

必須有一套相應的輔助系統,包括反應劑供給系統、排熱系統、排水系統、電效能控制系統及安全裝置等。

燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極(陽極)和空氣極(陰極)、及兩側氣體流路構成,氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣(氧化劑氣體)能在流路中通過。

在實用的燃料電池中因工作的電解質不同,經過電解質與反應相關的離子種類也不同。pafc和pemfc反應中與氫離子(h+)相關,發生的反應為:

燃料極:h2==2h++2e-(1)

空氣極:2h++1/2o2+2e-==h2o(2)

全體:h2+1/2o2==h2o(3)

在燃料極中,供給的燃料氣體中的h2分解成h+和e-,h+移動到電解質中與空氣極側供給的o2發生反應。e-經由外部的負荷迴路,再反回到空氣極側,參與空氣極側的反應。一系例的反應促成了e-不間斷地經由外部迴路,因而就構成了發電。

並且從上式中的反應式(3)可以看出,由h2和o2生成的h2o,除此以外沒有其他的反應,h2所具有的化學能轉變成了電能。但實際上,伴隨著電極的反應存在一定的電阻,會引起了部分熱能產生,由此減少了轉換成電能的比例。 引起這些反應的一組電池稱為元件,產生的電壓通常低於一伏。

因此,為了獲得大的出力需採用元件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。元件間的電氣連線以及燃料氣體和空氣之間的分離,採用了稱之為隔板的、上下兩面中備有氣體流路的部件,pafc和pemfc的隔板均由碳材料組成。堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定,電流與電池中的反應面積成比。

pafc的電解質為濃磷酸水溶液,而pemfc電解質為質子導電性聚合物系的膜。電極均採用碳的多孔體,為了促進反應,以pt作為觸媒,燃料氣體中的co將造成中毒,降低電極效能。為此,在pafc和pemfc應用中必須限制燃料氣體中含有的co量,特別是對於低溫工作的pemfc更應嚴格地加以限制。

磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是:燃料氣體或城市煤氣新增水蒸氣後送到改質器,把燃料轉化成h2、co和水蒸氣的混合物,co和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成h2和co2。經過如此處理後的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極),同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應,藉助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。

相對pafc和pemfc,高溫型燃料電池mcfc和sofc則不要觸媒,以co為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應用,而且還具有易於利用其高質量排氣構成聯合迴圈發電等特點。

mcfc主構成部件。含有電極反應相關的電解質(通常是為li與k混合的碳酸鹽)和上下與其相接的2塊電極板(燃料極與空氣極),以及兩電極各自外側流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等,電解質在mcfc約600~700℃的工作溫度下呈現熔融狀態的液體,形成了離子導電體。電極為鎳系的多孔質體,氣室的形成採用抗蝕金屬。

mcfc工作原理。空氣極的o2(空氣)和co2與電相結合,生成co32-(碳酸離子),電解質將co32-移到燃料極側,與作為燃料供給的h+相結合,放出e-,同時生成h2o和co2。化學反應式如下:

燃料極:h2+co32-==h2o+co2+2e-(4)

空氣極:co2+1/2o2+2e-==co32-(5)

全體:h2+1/2o2==h2o(6)

在這一反應中,e-同在pafc中的情況一樣,它從燃料極被放出,通過外部的迴路反回到空氣極,由e-在外部迴路中不間斷的流動實現了燃料電池發電。另外,mcfc的最大特點是,必須要有有助於反應的co32-離子,因此,供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。並且,在電池內部充填觸媒,從而將作為天然氣主成份的ch4在電池內部改質,在電池內部直接生成h2的方法也已開發出來了。

而在燃料是煤氣的情況下,其主成份co和h2o反應生成h2,因此,可以等價地將co作為燃料來利用。為了獲得更大的出力,隔板通常採用ni和不鏽鋼來製作。

sofc是以陶瓷材料為主構成的,電解質通常採用zro2(氧化鋯),它構成了o2-的導電體y2o3(氧化釔)作為穩定化的ysz(穩定化氧化鋯)而採用。電極中燃料極採用ni與ysz複合多孔體構成金屬陶瓷,空氣極採用lamno3(氧化鑭錳)。隔板採用lacro3(氧化鑭鉻)。

為了避免因電池的形狀不同,電解質之間熱膨脹差造成裂紋產生等,開發了在較低溫度下工作的sofc。電池形狀除了有同其他燃料電池一樣的平板型外,還有開發出了為避免應力集中的圓筒型。sofc的反應式如下:

燃料極:h2+o2-==h2o+2e-(7)

空氣極:1/2o2+2e-==o2-(8)

全體:h2+1/2o2==h2o(9)

燃料極,h2經電解質而移動,與o2-反應生成h2o和e-。空氣極由o2和e-生成o2-。全體同其他燃料電池一樣由h2和o2生成h2o。

在sofc中,因其屬於高溫工作型,因此,在無其他觸媒作用的情況下即可直接在內部將天然氣主成份ch4改質成h2加以利用,並且煤氣的主要成份co可以直接作為燃料利用。

燃料電池技術原理的介紹

3樓:柴油發電機組

燃料電池是將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置。 燃料電池其原理是一種電化學裝置,其組成與一般電池相同。(福建亞南集團為清潔能源解決方案**商,致力於氫能燃料電池產業化的企業。

亞小南為您解答4000-080-999)其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部,因此,限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質,只是個催化轉換元件。

因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時,燃料和氧化劑由外部供給,進行反應。原則上只要反應物不斷輸入,反應產物不斷排除,燃料電池就能連續地發電。

這裡以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池 氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。電極應為: 負極:

h2 +2oh-→2h2o +2e- 正極:1/2o2+h2o+2e-→2oh- 電池反應:h2+1/2o2==h2o 另外,只有燃料電池本體還不能工作,必須有一套相應的輔助系統,包括反應劑供給系統、排熱系統、排水系統、電效能控制系統及安全裝置等。

燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極(陽極)和空氣極(陰極)、及兩側氣體流路構成,氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣(氧化劑氣體)能在流路中通過。 在實用的燃料電池中因工作的電解質不同,經過電解質與反應相關的離子種類也不同。pafc和pemfc反應中與氫離子(h+)相關,發生的反應為:

燃料極:h2==2h++2e-(1) 空氣極:2h++1/2o2+2e-==h2o(2) 全體:

h2+1/2o2==h2o(3) 氫氧燃料電池組成和反應迴圈圖 在燃料極中,供給的燃料氣體中的h2分解成h+和e-,h+移動到電解質中與空氣極側供給的o2發生反應。e-經由外部的負荷迴路,再反回到空氣極側,參與空氣極側的反應。一系例的反應促成了e-不間斷地經由外部迴路,因而就構成了發電。

並且從上式中的反應式(3)可以看出,由h2和o2生成的h2o,除此以外沒有其他的反應,h2所具有的化學能轉變成了電能。但實際上,伴隨著電極的反應存在一定的電阻,會引起了部分熱能產生,由此減少了轉換成電能的比例。 引起這些反應的一組電池稱為元件,產生的電壓通常低於一伏。

因此,為了獲得大的出力需採用元件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。元件間的電氣連線以及燃料氣體和空氣之間的分離,採用了稱之為隔板的、上下兩面中備有氣體流路的部件,pafc和pemfc的隔板均由碳材料組成。堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定,電流與電池中的反應面積成比。

pafc的電解質為濃磷酸水溶液,而pemfc電解質為質子導電性聚合物系的膜。電極均採用碳的多孔體,為了促進反應,以pt作為觸媒,燃料氣體中的co將造成中毒,降低電極效能。為此,在pafc和pemfc應用中必須限制燃料氣體中含有的co量,特別是對於低溫工作的pemfc更應嚴格地加以限制。

磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是:燃料氣體或城市煤氣新增水蒸氣後送到改質器,把燃料轉化成h2、co和水蒸氣的混合物,co和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成h2和co2。經過如此處理後的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極),同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應,藉助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。

相對pafc和pemfc,高溫型燃料電池mcfc和sofc則不要觸媒,以co為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應用,而且還具有易於利用其高質量排氣構成聯合迴圈發電等特點。 mcfc主構成部件。含有電極反應相關的電解質(通常是為li與k混合的碳酸鹽)和上下與其相接的2塊電極板(燃料極與空氣極),以及兩電極各自外側流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等,電解質在mcfc約600~700℃的工作溫度下呈現熔融狀態的液體,形成了離子導電體。

電極為鎳系的多孔質體,氣室的形成採用抗蝕金屬。 mcfc工作原理。空氣極的o2(空氣)和co2與電相結合,生成co32-(碳酸離子),電解質將co32-移到燃料極側,與作為燃料供給的h+相結合,放出e-,同時生成h2o和co2。

化學反應式如下: 燃料極:h2+co32-==h2o+co2+2e-(4) 空氣極:

co2+1/2o2+2e-==co32-(5) 全體:h2+1/2o2==h2o(6) 在這一反應中,e-同在pafc中的情況一樣,它從燃料極被放出,通過外部的迴路反回到空氣極,由e-在外部迴路中不間斷的流動實現了燃料電池發電。另外,mcfc的最大特點是,必須要有有助於反應的co32-離子,因此,供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。

並且,在電池內部充填觸媒,從而將作為天然氣主成份的ch4在電池內部改質,在電池內部直接生成h2的方法也已開發出來了。而在燃料是煤氣的情況下,其主成份co和h2o反應生成h2,因此,可以等價地將co作為燃料來利用。為了獲得更大的出力,隔板通常採用ni和不鏽鋼來製作。

sofc是以陶瓷材料為主構成的,電解質通常採用zro2(氧化鋯),它構成了o2-的導電體y2o3(氧化釔)作為穩定化的ysz(穩定化氧化鋯)而採用。電極中燃料極採用ni與ysz複合多孔體構成金屬陶瓷,空氣極採用lamno3(氧化鑭錳)。隔板採用lacro3(氧化鑭鉻)。

為了避免因電池的形狀不同,電解質之間熱膨脹差造成裂紋產生等,開發了在較低溫度下工作的sofc。電池形狀除了有同其他燃料電池一樣的平板型外,還有開發出了為避免應力集中的圓筒型。sofc的反應式如下:

燃料極:h2+o2-==h2o+2e-(7) 空氣極:1/2o2+2e-==o2-(8) 全體:

h2+1/2o2==h2o(9) 燃料極,h2經電解質而移動,與o2-反應生成h2o和e-。空氣極由o2和e-生成o2-。全體同其他燃料電池一樣由h2和o2生成h2o。

在sofc中,因其屬於高溫工作型,因此,在無其他觸媒作用的情況下即可直接在內部將天然氣主成份ch4改質成h2加以利用,並且煤氣的主要成份co可以直接作為燃料利用。

如何書寫燃料電池化學方程式?還有燃料電池的電極反應?酸鹼性條件有什麼不同?謝謝

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氫氧燃料電池電極反應式

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