燃料电池原理及发电实验

2019-08-11      1661 次浏览

燃料电池原理及发电实验


成都青化编译燃料电池是无公害的绿色能源,正在美、日等发达国家崛起,以急起直追的势头快步进入以工业规模发电的行列。它是一种化学电池,利用物质发生化学反应时释出的能量,直接将其变换为电能。从这一点看,它和其他化学电池类似。但是,它工作时需要连续地向其供给燃料(氢气)和氧化剂,这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池。不像一般非充电电池一样用完就丢弃,也不像充电电池一样,用完须继续充电,燃料电池正如其名,需持续添加燃料以维持其电力(燃料并不产生火焰)。


具体地说,燃料电池不是电池,而是发电机。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,现在已发展为直接使用固体的电解质。


工作时给负极供给燃料(氢),给正极供给氧化剂(空气)。氢在负极分解成正离子H+和电子e一:2H2→4H++4e-,氢离子进入电解质中,而电子则沿外部电路(含负载)移向正极。


氧在正极获得氢离子和电子反应为水:O2+4H++4e-→2H2O。可见这正是水的电解反应的逆过程,且燃料电池唯一的排放物是水。燃料电池所使用的氢燃料可以来自于任何的碳氢化合物,例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气……。图1是一种固体高分子型燃料电池的外形,其结构见图2。在图2中,关键的部件是膜电极接合体MEA(Mem.brane:ElectrodeAssembly),它是在固体高分子膜的两侧涂有白金触媒作为电解质,然后再在表面贴上导电的多孔气体扩散层构成;最右侧的净化阀用来排除燃料电池中的余气(空气)。为了清楚了解燃料电池的构造,图3给出了另一种燃料电池的组装步骤。


单个燃料电池的输出电压约0.3V~0.7V,实际使用时如多个串联来提高电压,则成本太高。一般需要配合专用的升压电路,以便为电子电路供电。


发电实验:给图1的燃料电池注入5毫升的氢,在6.811负载时的输出电压为额定电压,约0.5V,发电时间30秒后终止。即5毫升氢燃料可使燃料电池发电30秒,功率约0.6W。若要连续发电,则需要有注入氢的机械装置。


给图3的燃料电池注入甲醇溶液(3wt%),其输出电压缓慢上升(见图4),其输出电流一电压特性见图5,获得最大输出功率时的输出电压约0.3V。



相关文章

推荐品类

为您推荐

东莞市钜大电子有限公司 粤ICP备07049936号