燃料電池?

燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在於燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。但是，它需要電極和電解質以及氧化還原反應才能發電。

燃料電池原理

燃料電池(FuelCell),是一種發電裝置,但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄,也不像充電電池一樣,用完須繼續充電,燃料電池正如其名,是繼續新增燃料以維持其電力,所需的燃料是「氫」,其之所以被歸類為新能源,原因就在此。燃料電池的運作原理,也就是電池含有陰陽兩個電極,分別充滿電解液,而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽極進入,氧氣(或空氣)則由陰極進入燃料電池。經由催化劑的作用,使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子(proton)與兩個電子(electron),其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一邊,電子則經由外電路形成電流後,到達陰極。在陰極催化劑之作用下,氫質子、氧及電子,發生反應形成水分子,因此水可說是燃料電池唯一的排放物。燃料電池所使用的「氫」燃料可以來自於任何的碳氫化合物,例如天然氣、甲醇、乙醇(酒精)、水的電解、沼氣…等等。由於燃料電池是經由利用氫及氧的化學反應,產生電流及水,不但完全無汙染,也避免了傳統電池充電耗時的問題,是目前最具發展前景的新能源方式,如能普及的應用在車輛及其它高汙染之發電工具上,將能顯著改善空氣汙染及溫室效應。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。

燃料電池的特點

(1)能量轉化效率高他直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經過燃燒過程，因而不受卡諾迴圈的限制。目前燃料電池系統的燃料—電能轉換效率在45%～60%，而火力發電和核電的效率大約在30%～40%.(2)有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉換效率高而大幅度降低，無機械振動。(3)燃料適用範圍廣：燃料電池既可適用於城市大型發電站，也可作為醫院、商店、集體宿舍、邊遠山區的小型發電裝置，以及日常和國防用於行走機械的動力系統。燃料電池的開發時今後電氣新能暈應用的重大方向，它的研製具有重大的社會意義和經濟意義。(4)積木化強規模及安裝地點靈活，燃料電池電站佔地面積小，建設週期短，電站功率可根據需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分散式電，或是作為小區、工廠、大型建築的獨立電站都非常合適(5)負荷響應快，執行質量高燃料電池在數秒鐘內就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區頻燃料電池原理率偏移和電壓波動，降低了現有變電裝置和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。(6)環境保護性：通過燃料電池系統釋放出的汙染物比直接燃燒要降低幾個數量級，可有效的保護環境。(7)模組設計，結構緊湊：裝置可以模組化，尺寸靈活性大，發電量易於調節。(8)位置靈活性：燃料電池是一種獨立的發電體系，由於沒有運動部件，所以可以沒有噪聲汙染，可以方便使用，隨意放置，不受周圍環境限制。(9)可以採用多種燃料：高溫操作型燃料電池不需要外部還原系統，在這一方面更具有優勢。

燃料電池電極反應式

燃料電池電極反應式電極：惰性電極。燃料包含：H2;烴如：CH4;醇如：C2H5OH等。電解質包含：①酸性電解質溶液如：H2SO4溶液;②鹼性電解質溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸鹽如：K2CO3等。第一步：寫出電池總反應式燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加合後的反應。如氫氧燃料電池的總反應為：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的反應為：CH4+2O2=CO2+2H2O①CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②①式+②式得燃料電池總反應為：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O第二步：寫出電池的正極反應式根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質都是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：(1)酸性電解質溶液環境下電極反應式：O2+4H+

燃料電池技術

燃料電池技術未來十年內必將實現產業化隨著國家示範執行政策的廣泛推行與媒體的積極宣傳，純電動汽車、混合動力汽車等曾經“高精尖”的節能環保技術，已經越來越為普通人所熟悉和了解。然而，與前兩位“兄弟”的大紅大紫相反，新能源汽車三條主要技術路線中的燃料電池汽車，卻多少顯得有些神祕與沉寂。按照當前技術與產業發展進度，再過5到10年，人們或許就能握住燃料電池汽車方向盤電動汽車這幾年來的風風火火，常常會讓人們誤以為燃料電池汽車應該與前者沒什麼不同。實際上，燃料電池汽車自身具有獨特的能源生成機制。雖然依舊是電動汽車的一種，但是其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，不經過燃燒而直接變成電能。整個化學反應的過程除了水之外，不會產生任何汙染物，稱得上是環保程度最高的汽車種類。在我國新能源汽車“三縱三橫”的研發格局中，燃料汽車與混合動力汽車、純電動汽車一起，共同組成了技術路線的“三縱”。“在40到50年的時間裡，傳統汽車與三種新能源汽車會長期並存。但從更長遠上來看，如果期間沒有其他種類技術的橫空出世，燃料電池汽車可以說是汽車工業的未來方向。”全國政協委員、上海神力科技有限公司董事長鬍裡清說。不過，戴著這頂“未來方向”的高帽，卻並不意味著燃料電池汽車只是一場半個世紀之後的夢。按照當前技術與產業發展的進度，距離人們開始有機會握住燃料電池汽車方向盤的時間，或許只有5到10年。

燃料電池概念

燃料電池(FuelCell)是一種將存在於燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。但是，它需要電極和電解質以及氧化還原反應才能發電。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。

燃料電池的應用前景

燃料電池的特點決定了它具有廣闊的應用前景。首先，它可以用作小型發電裝置;其次，作為長效的“電池”;三是電動汽車上的應用。燃料電池首先用作發電裝置，是因為其價格有可能與一般的發電裝置相競爭。但燃料電池在電動汽車上的商業應用前景是遠期的，因為汽車需要的是發電機，發電機的價格遠比燃料電池要便宜，因此在短期內，燃料電池汽車在價格上難以與其他汽車相競爭。現在燃料電池研究與開發集中在四大技術方面：(1)電解質膜;(2)電極;(3)燃料;(4)系統結構。日美歐各廠家開發面向便攜電子裝置的燃料電池,尤其重視(1)～(3)方面的材料研究與開發。第四方面的研究課題是燃料電池的系統結構,前三個方面是構成燃料電池的必要準備,而系統結構是燃料電池的最終結果固體氧化物燃料電池的開發研究以及商業化，是解決世界節能和環保的重要手段，受到了世界許多國家的普遍重視，包括美國、歐洲、日本、澳大利來、韓國等。儘管固體氧化物燃料還存在一些問題，如電極材料、製造成本、操作溫度過高等等問題，但是瑕不掩瑜，加快固體氧化物燃料電池發展必然是世界發展的總趨勢。降低電池操作溫度和微型化是固體氧化物燃料電池(SOFC)的發展趨勢。其關鍵部件的材料製備總是成為制約固體氧化物燃料電池發展的瓶頸。應突破的關鍵技術主要有：a)高效能電極材料及其製備技術;b)新型電解質材料及電極支撐電解質隔膜的製備技術;c)電池結構優化設計及其製備技術;d)電池的結構、效能與表徵的研究。隨著燃料電池技術的進一步發展，必將能夠加快我國經濟建設與可持續化發展步伐。燃料電池的出現與發展，將會給行動式電子裝置帶來一場深刻的革命，並且還會波及到汽車業，住宅，以及社會各方面的集中供電系統。在21世紀中它將會把人類由集中供電帶進一種分散供電的新時代。因為太陽能供電雖然能替代部分能源，但它與天氣有關，受氣候的制約;核能利用又存在安全問題;唯有燃料電池供電，它沒有二氧化碳的排放，可減輕溫室效應使全球氣候變暖問題，它解決了火力發電使全球環境汙染的問題，它是一個純正的綠色清潔能源。所以，我們要加速實現燃料電池的商品化程序，中國人應該在這場能源革命中有所作為，跟上全球技術發展的步伐。