燃料電池的基本原理和組成

一、燃料電池的定義

燃料電池（Fuel Cell，F(xiàn)C）屬于化學(xué)電池，可直接將物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池工作時(shí)，需要外界連續(xù)地為其供給活性物質(zhì)（活性物質(zhì)包括：燃料和氧化劑）。

? ? ? 二、燃料電池的基本原理和組成

以氫燃料電池為例：氫燃料電池通過氧與氫結(jié)合成生成水的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電。燃料電池的基本組成包括：陽(yáng)極（負(fù)極）、陰極（正極）、電解質(zhì)、外電路。 ?

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《新能源汽車》 ? ?
三、燃料電池的優(yōu)點(diǎn) ?
（1）節(jié)能、能量轉(zhuǎn)換效率高。因?yàn)槿剂想姵卦诜烹姺磻?yīng)過程中不產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象，所以其能量轉(zhuǎn)換效率不受卡諾循環(huán)的限制（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：卡諾循環(huán)的限制是指兩個(gè)熱源通過熱傳導(dǎo)傳遞能量時(shí)，因能量只能從高溫?zé)嵩磦鬟f至低溫?zé)嵩?，而?dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率受到兩熱源溫度差值的限制），其能量轉(zhuǎn)換效率可處于60%~80%之間（內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率在40%左右）。 ?
（2）基本無(wú)排放、無(wú)污染。如果燃料電池使用碳?xì)浠衔镒鳛槿剂?，放電后的產(chǎn)物為水、二氧化碳、一氧化碳等，屬于“超低污染”；如果燃料電池使用氫作為燃料，放電后的產(chǎn)物只有水。 ?
（3）無(wú)振動(dòng)、噪聲。燃料和氧化劑在燃料電池的兩個(gè)電極處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并由電解液和外電路構(gòu)成回路將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，此過程無(wú)機(jī)械振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生。 ?
（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)。燃料電池能量轉(zhuǎn)換靜態(tài)完成（個(gè)人理解：相比較于內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)化需要?dú)飧缀颓S動(dòng)態(tài)完成），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件精度低，運(yùn)行平穩(wěn)。 ? ?
四、燃料電池的缺點(diǎn) ?
（1）燃料問題 氫燃料電池中氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、保存 、運(yùn)輸、灌裝或重整等過程均較復(fù)雜且對(duì)安全性要求高。 ?
（2）燃料電池需嚴(yán)格密封 燃料電池單體電壓約1.0V，使用時(shí)通常需要組合。單體電池連接時(shí)需嚴(yán)格密封，防止氫氣泄露而導(dǎo)致的氫氣利用率降低或事故。
? （3）造價(jià)高 電極需使用貴金屬作為催化劑，制造成本較高。 ?
（4）需配置輔助電池系統(tǒng) 因?yàn)槿剂想姵夭豢沙潆姾突厥罩苿?dòng)再生能量（回收剎車能量），所以燃料電池汽車需要輔助電池儲(chǔ)存多余電能和汽車減速制動(dòng)時(shí)可回收的能量。 ?
? 五、燃料電池系統(tǒng)
? 燃料電池的本質(zhì)是發(fā)電系統(tǒng)，以質(zhì)子交換膜燃料電池（燃料電池的一個(gè)子類）為例，燃料電池包括：燃料供應(yīng)系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。 ?
（1）燃料供應(yīng)系統(tǒng)：為燃料電池提供燃料，燃料包括氫氣、天然氣、甲醇等。 ?
（2）氧化劑系統(tǒng):：為燃料電池提供氧氣；也可以提供空氣，但空氣需要被加濕和壓縮。
? （3）發(fā)電系統(tǒng)：可理解為燃料電池本身，可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能并無(wú)燃燒現(xiàn)象。 ?
（4）水管理系統(tǒng)：水管理系統(tǒng)可將燃料電池陰極附近生成的水及時(shí)排出。
? （5）熱管理系統(tǒng)：燃料電池大功率發(fā)電時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，需熱管理系統(tǒng)控制溫度。 ?
（6）電力系統(tǒng)：將直流電轉(zhuǎn)為用戶用電。 ?
（7）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的功能包括：電池系統(tǒng)啟動(dòng)與停工、運(yùn)行操控、檢測(cè)、判斷等。 ?
（8）安全系統(tǒng)：主要保證氫氣安全使用，安全系統(tǒng)的組成包括：探測(cè)器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、滅火設(shè)備等。 ? ?

編輯：黃飛

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