燃料電池原理及發(fā)電實驗

成都青化編譯燃料電池是無公害的綠色能源，正在美、日等發(fā)達(dá)國家崛起，以急起直追的勢頭快步進(jìn)入以工業(yè)規(guī)模發(fā)電的行列。它是一種化學(xué)電池，利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學(xué)電池類似。但是，它工作時需要連續(xù)地向其供給燃料(氫氣)和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池。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(xù)充電，燃料電池正如其名，需持續(xù)添加燃料以維持其電力(燃料并不產(chǎn)生火焰)。

具體地說，燃料電池不是電池，而是發(fā)電機(jī)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在已發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時給負(fù)極供給燃料(氫)，給正極供給氧化劑(空氣)。氫在負(fù)極分解成正離子H＋和電子e一：2H2→4H++4e－，氫離子進(jìn)入電解質(zhì)中，而電子則沿外部電路(含負(fù)載)移向正極。

氧在正極獲得氫離子和電子反應(yīng)為水：O2+4H++4e-→2H2O?？梢娺@正是水的電解反應(yīng)的逆過程，且燃料電池唯一的排放物是水。燃料電池所使用的氫燃料可以來自于任何的碳?xì)浠衔铮缣烊粴狻⒓状?、乙?酒精)、水的電解、沼氣……。圖1是一種固體高分子型燃料電池的外形，其結(jié)構(gòu)見圖2。在圖2中，關(guān)鍵的部件是膜電極接合體MEA(Mem．brane：ElectrodeAssembly)，它是在固體高分子膜的兩側(cè)涂有白金觸媒作為電解質(zhì)，然后再在表面貼上導(dǎo)電的多孔氣體擴(kuò)散層構(gòu)成；最右側(cè)的凈化閥用來排除燃料電池中的余氣(空氣)。為了清楚了解燃料電池的構(gòu)造，圖3給出了另一種燃料電池的組裝步驟。

單個燃料電池的輸出電壓約0.3V~0.7V，實際使用時如多個串聯(lián)來提高電壓，則成本太高。一般需要配合專用的升壓電路，以便為電子電路供電。

發(fā)電實驗：給圖1的燃料電池注入5毫升的氫，在6.811負(fù)載時的輸出電壓為額定電壓，約0.5V，發(fā)電時間30秒后終止。即5毫升氫燃料可使燃料電池發(fā)電30秒，功率約0.6W。若要連續(xù)發(fā)電，則需要有注入氫的機(jī)械裝置。

給圖3的燃料電池注入甲醇溶液(3wt％)，其輸出電壓緩慢上升(見圖4)，其輸出電流一電壓特性見圖5，獲得最大輸出功率時的輸出電壓約0.3V。