氢燃料电池的神秘面纱

1、氢燃料电池概况 　　1.1、燃料电池种类多样 　　燃料电池，是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转化成电能的电池。 　　燃料电池有多种类型，但是它们都有相同的工作模式。它们主要由三个相邻区段组成：阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的接口之间。两种反应的净结果是燃料的消耗、水或二氧化碳的产生，和电流的产生，可以直接用于电力设备。 　　燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC). 　　20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池(AFC)发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子交换膜燃料电池(PEMFC)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池(PAFC)作为中型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)也已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)作为发电领域最有应用前景的燃料电池，是未来大规模清洁发电站的优选对象，100kW管式SOFC电站已经在荷兰运行，Siemens和三菱重工都进行了SOFC发电系统的试验研究。相比之下，SOFC、MCFC 　　1.2、氢燃料电池是目前发展最好的燃料电池 　　氢燃料电池，即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池，是目前发展最好的燃料电池。其工作原理即：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴极板，而电子不能通过电解质，而只能通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。 　　1.3、氢燃料电池三大核心优势 　　氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。相对于其他能源，氢燃料电池的发电过程无污染，能量转换效率更高，且其燃料氢气来源广泛，可再生。 　　1.3.1、零污染的环保战士 　　燃料电池属于清洁能源的一部分，由于其反应过程就是无污染的水反应，反应过程不会产生污染物，其主要污染物来自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相对于普通火力发电的空气污染以及传统电池的重金属污染而言，燃料电池对环境的污染程度远远降低。而氢燃料电池，其燃料为纯净无污染的氢气，相对其他燃料而言，废气中也不存在污染物。可以说，氢燃料电池就是一个能真正实现零污染的环保能源。 　　1.3.2、高效的能量转换效率 　　燃料电池的发电效率也处于较高水平。在各种发电方式中，传统火力发电效率在30%左右，远低于燃料电池平均的40%-60%效率。而在汽车领域的应用中，燃料电池的效率可达60%，也高于目前汽车普遍使用的内燃机效率。总体而言，燃料电池的能量转换效率在其类似替代能源中都处于较高水平。 　　1.3.3、易于获得的燃料--氢气 　　氢是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%都是氢。氢分子在地球上不是以天然的气体存在，大部分氢结合氧存在水中，可以说水资源在一定程度上代表了氢能的储存量。 　　制氢的能源和燃料可以来自多种来源例如天然气、核能、太阳能、风力、生物燃料、煤矿、其他化石燃油、地热。目前氢气主要是作为一种中间产品而生产的。主要是由化石能源天然气(CH4)、原油(烃)或煤等原料，与水蒸汽在高温下经蒸汽转化法、部分氧化法、煤气化法等工艺生成。