如何燃料電池（第一部分）

導言

很可能大量的關於燃料電池的消息已引起它們的注意最近。根據不同的新聞報導，很可能在不久的將來，我們利用新技術來產生電能消耗，我們在我們的汽車和房屋。該技術也非常有意思，我們都和各個階段的生活，因為它提供的手段更有效地獲得能源和減少污染。但如何會發生這種情況？

在本文中，我們審查所有稍有燃料電池技術，現有的和新出現的。我們將詳細介紹它的工作原理，並討論其潛在的應用。

從技術角度來看，燃料電池是一種電化學裝置能量轉換器。 燃料電池轉換為氫氣和氧氣的化學品進入水，發電，在做的。燃料電池應稱之為燃料電池，但長期細胞最終佔了上風。

另一種電化學設備，我們清楚地知道是電池。阿電池所有的化學元素在其中，也將其轉換為電能。這意味著電池的最終死亡，迫使我們把它扔到一邊，或充電。

在案件的燃料電池，化學品不斷流入細胞。它永遠不會消逝。由於有化學品的流動，電力將產生於燃料電池。目前，大多數燃料電池使用氫氣和氧氣。

這種燃料電池的競爭與許多其他類型的轉換能源，包括燃氣渦輪機在電廠發電，從你的城市，汽油引擎汽車和電池的筆記本電腦。如內燃機和渦輪汽油發動機燃料燃燒和使用壓力造成的擴大的氣體做機械工作。電池化學能轉換成電能回，當它成為必要。燃料電池，使這些工作更有效率。

燃料電池提供電壓DC（直流），可用於驅動電機，燈具及其他電器設備。

有許多類型的燃料電池，每一種化學過程負責其運作。他們普遍的類型分類的電解質他們使用。某些類型的燃料電池的工作以及在固定發電的電力。其他人可能是有用的小型便攜式應用，或用於驅動汽車。

燃料電池質子交換膜 （PEMFC）的是一個最有前景的技術。這是一種典型的燃料電池，最終將能為動力車，公共汽車，甚至我們的家園。在質子交換膜燃料使用一個最簡單的反應的燃料電池。首先，讓我們來看看什麼是燃料電池質子交換膜（質子交換膜）：

圖1可以看出，有4個基本要素的質子交換膜燃料：

陽極，陰極的燃料電池可以播放多個角色。它進行的電子釋放氫氣分子用於外部電路。據渠道分散，同樣的氫氣在催化劑的表面。
同時， 陰極，陽極的燃料電池，已分發渠道表面上氧的催化劑。該組織還開展了電子回從外部電路的催化劑，在那裡他們可以重新組合與氫離子和氧形成水。
電解液是質子交換膜。 這種經過特殊處理的塑料包裝材料類似公用廚房，只有進行正電荷的離子。該膜塊電子。
該催化劑是一種特殊材料，有利於反應之間的氧和氫。它通常是由白金粉末塗層非常薄上碳紙或多孔結構。該催化劑是粗糙多孔，使面積最大的鉑暴露在氫氣和氧氣。在鉑塗層一側催化劑面臨的質子交換膜。

在圖2中，高壓氫氣（氫）進入燃料電池陽極上的一面。這種氣體是強行通過的催化劑。在氫分子接觸時，在鉑催化劑分為2 H +離子和2個電子。進行的電子通過陽極，使他們的方法是通過外部電路（做有益的工作，比如把發動機），並返回到陰極一側的燃料電池。

同時，在陰極一側的燃料電池，氧氣（氧氣）被強行通過的催化劑，在它形成2氧原子。每個這些原子具有很強的負電荷。這負電荷吸引2 H +離子穿過細胞膜，它結合一個氧原子和2的電子電路從外部形成一個分子的水（H2O）。

這種反應，發生在一個單一的燃料電池產生，只有0.7伏特。為了提高緊張到合理的水平，許多獨立的燃料電池必須結合起來，形成一個電池的燃料電池。

PEMFCs運行在一個相當低的溫度（約176攝氏度或80攝氏度），這意味著它們可以很快適應，而且不需要昂貴的控制結構。經過不斷的改進和材料在工程中使用這些細胞的能量密度增加，使器件尺寸小手提箱已經能夠移動車輛。

燃料電池的問題：

在最後一節，我們看到，燃料電池利用氧和氫來發電。所需的氧氣燃料電池來自空中，然後在一個質子交換膜燃料電池，共同大氣空氣注入陰極。但是，氫不是那麼容易獲得。有一些限制，使得無法對大多數應用。例如，有一個氫管道來你的房子，也不是可以使用氫彈在加油站。

氫是難以貯存和分發。這將是方便多了，如果可以用燃料電池的燃料更容易獲得。解決這個問題是由一種稱為改革者的碳氫燃料轉換成氫氣，酒精，然後可以使用燃料電池供電。不幸的是，改革並非盡善盡美，產生熱量並產生氫氣之外的其他氣體。他們利用各種設備，淨化氫氣，但仍不能產生純氫，降低效率的燃料電池。

天然氣，丙烷和甲醇被認為是最有可能的燃料應用。已經有許多住宅和建築服務的使用天然氣或丙烷罐，使這些燃料是最有可能使用的燃料電池在家裡。甲醇是一種液體燃料性能類似汽油（便於運輸和分發），因此，可能成為供電的燃料電池汽車。

燃料電池的目標：

減少污染是其中一個優先目標的燃料電池。相對於燃料電池汽車用汽油和電池很容易看到燃料電池的效率可以提高汽車。

由於3種類型的汽車將有相同的組件（輪胎，傳動等。），讓我們擱置這些方面的效率比較，以至於產生機械能。我們將開始在汽車燃料電池。

由於燃料電池供電的純氫氣，有可能，它可以有效率為80％。也就是說，它把80％的能源中的氫轉化為電能。然而，正如我們看到在上一節，是難以貯存氫的汽車。當我們添加一個改革者甲醇轉化為氫，總體效率下降到範圍30至40％。

我們仍然需要電能轉換成機械工作。這是通過電動機和逆變器。合理效率的馬達/逆變器的80％左右。因此，我們有30至40％的效率甲醇轉化為電能，80％的電力轉換效率為機械能。這使整體效率24％至32％。