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氫燃料電池原理解析 氫燃料電池原理解析題

2023-06-12 14:26:43 作者:蔡金盛
氫燃料電池的歷史非常早。公元1845年,英國科學家威廉格羅夫(William Grove)制造出第一塊氫燃料電池,證明了在一定條件下,氫和氧結合可以產生水,同時產生電流。

氫燃料電池原理:

通過向燃料電池的正極供應氫氣和向負極供應氧氣,在正極和負極之間添加隔膜。在催化劑的作用下,氫原子外層的電子會發(fā)生離解,成為電子和氫離子。因為只有氫離子可以通過膜,所以電子被阻擋在膜外。在連續(xù)反應下,電子不斷積累。這時,一根導線接在正極上,電子在電壓的驅動下跑向正極。即輸出電流。

由于氫離子實際上是質子,因此該膜也稱為“質子交換膜”。由于一個薄膜左右兩側的壓差比較小,通常只有0.5V-1.0V,所以需要在正負電極之間增加數百個薄膜結構才能獲得高壓。為了保證催化劑的活性,在電動汽車使用的燃料電池中,電池的工作溫度一般在90攝氏度左右。在這個電化學反應過程中,化學能轉化為電能的效率最高可達80%,遠高于內燃機的40%。

其中催化劑采用金屬鉑,氫氣純度(99.99%)極高,否則反應效率會大大降低。但作為貴金屬,價格居高不下,導致氫燃料電池成本居高不下。

豐田Mirai 氫燃料電池車為例。主要結構由燃料電池、儲氫罐、驅動電機、儲能電池組成。通過加氫、電化學反應、產生電流、輸入電池、驅動車輛,本質上就是電動汽車。車。但結構較純電動汽車復雜,整車制造成本也較高。

氫燃料電池汽車是騙局嗎?

使用氫燃料電池汽車絕對環(huán)保。除了產生電流外,電化學反應是水。然而,氫是一種二次能源。自然界中沒有可以直接利用的氫氣,制氫過程中也存在環(huán)境問題。目前,我國制氫仍以“灰氫”為主,“藍氫”為輔。煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產品制氫分別占62%、19%和18%。

“灰氫”是指利用石油、天然氣、煤等化石燃料的傳統(tǒng)方法制氫。該路線是目前成本最低、效率最高的制氫方法,但無法達到減碳的效果;

“藍氫”在“灰氫”的基礎上,搭載碳捕集和碳儲存技術(CCS技術),降低碳排放強度,但由于增加了設備,成本增加;

“綠氫”主要是利用電解水制氫。這種方法需要大量的電能。制氫過程完全沒有碳排放,但成本相對較高。

根據2021年的數據,我國火電發(fā)電占比高達70%。雖然比例逐年下降,但綠色電力的比例還不夠大,不足以產生經濟效益和環(huán)境效益。既然沒有綠色電力,就沒有真正的“綠色氫”。這和你們很多人抱怨純電動車用電不環(huán)保是一樣的道理。消耗電能制備氫氣,再通過電化學反應產生電能來驅動車輛,這讓很多人覺得是多余的。根據國家規(guī)劃,鼓勵發(fā)展純電動和氫能源,但不是在乘用車領域,而是在中重型車、客車、卡車等新能源客貨車領域,以及如船舶和飛機。

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