发布于2025-02-01 阅读(0)
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在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+ 正极反应式为:O2 + 4H+ +4eˉ== 2H2O
电解质溶液是碱或中性溶液则负极反应式为:2H2 + 4OHˉ-4eˉ== 4H20 正极为:O2 + 2H2O + 4eˉ== 4OHˉ
工作时,燃料电池将氢供给负极,氧化剂供给正极。氢在负极分解成H+离子和电子e-,H+离子进入电解液,电子通过外部电路流向正极,负载连接在外部电路上。正极上的氧与电解液中的H+离子结合,吸收电子形成水,这是水的电解反应的逆过程。
氢氧燃料电池的工作过程是这样的:在氢电极供应氢气的同时,向氧电极供应氧气。在电解质的催化剂作用下,氢和氧气发生反应,生成水。在这个过程中,氢电极上会有多余的电子,带负电荷,而氧电极上缺少电子,带正电荷。当电路连通时,这个类似于燃烧的反应过程就能持续进行下去。
石墨是一种多孔结构材料,具有巨大的表面积比。在潮湿条件下,由于氢气和氧气的电负性差异,会形成一个回路放电(当负载被断开时,会表现为两极间的电压)。这个过程中,氢气和氧气会重新形成离子态并进入溶液中,而离子在溶液中中和后会再次转化为水。这就是氢氧燃料电池的原理。要理解这个原理,可以参考浓差电池的工作原理,该原理在大学的相关学科中有所涉及。
浓差电池是一种结构简单的电池,它由两块极板和一层溶液构成。极板之间的溶液中含有某种气体,其浓度在两端不同。根据浓度差异,气体会从高浓度一侧向低浓度一侧扩散。在这个过程中,气体首先通过多孔的极板材料(如多孔铂)吸收电子,以离子形式进入溶液中。然后,在另一个极板上,气体会释放出电子,重新转化为气体并释放到外界。通过这种扩散过程,浓差电池完成了能量转化的过程。
电负性是元素吸收电子的能力。举例来说,氧的电负性较高,易于吸附电子,而氢的电负性较低,易于失去电子。电负性差异越大,形成的原电池电压就越高。
如果还不明白可以给我发站内消息。
燃料电池(Fuel Cell, FC)根据电解质的不同可以分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等几种类型。碱性燃料电池仅指AFC,其余都属于酸性燃料电池,并不存在所谓的中性燃料电池。不过,有些燃料电池使用的电解质是弱酸或弱碱,接近于中性。
燃料电池的电极反应式与其电解质的酸碱性紧密联系。
当电解质溶液接近中性时:
负极:2H2-4e=4H+ 正极:O2+4e+2H2O=4OH-
当电解质溶液呈酸性时:
负极:2H2-4e=4H+ 正极:O2+4e+4H+=2H2O
当电解质溶液呈碱性时:
负极:2H2-4e+4OH-=4H2O 正极:O2+4e+2H2O=4OH-
注意所有的电子e都省略了负号上标,书写时应当加上。
氢燃料电池技术原理是将化学能转变为电能,不会排放一氧化氮(Nitric oxide)、煤烟或硫氧化物等大量废气,所生成的副产物仅限于热、水及少量的二氧化碳,且热能远低于一般燃烧石油所产生的热值,故有「冷燃烧」之说法。因此,它是一个非常干净的能源发展技术。
但由于氢气难以运输,氢燃料基础设施目前仍为该技术发展挑战之一。而且氢气属于一种具有爆炸危险性的物质,必须要具备安全且适当的操作程序输送。但现时的工业环境已有成熟且完善的技术管线输送氢气。
氢氧燃料电池即为水之电解的逆反应,透过氧化还原反应将燃料中的化学能转换为电能,透过燃料也就是氢气,于发电过程中利用不断供应的氧气与燃料稳定发电。
氢氧燃料电池的原理如下:
氧气在阴极与水结合形成氢氧根离子,氢氧根离子(Hydroxide)游离到阳极与氢离子结合,形成水,所释放出来的电子形成电流。氢氧燃料电池的全反应式如下:
全反应:H2+ ½O2 →H2O
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