氫氧燃料電池的原理

料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑，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(guò)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。

具體地說(shuō)，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"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)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過(guò)程。

利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種"發(fā)電機(jī)"。

一般來(lái)講，書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式，需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性。在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種，在酸溶液中負(fù)極反應(yīng)式為：2H2-4e-==4H+正極反應(yīng)式為：O2+4H++4e-==2H2O;如是在堿溶液中，則不可能有H+出現(xiàn)，在酸溶液中，也不可能出現(xiàn)OH-。依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池(FuelCell,FC)分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（pAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（pEMFC）等。其中屬于堿性燃料電池的只有AFC一種，而其余的燃料電池均屬于酸性燃料電池，不存在所謂的中性燃料電池，只有電解質(zhì)為弱酸或弱堿而接近中性的燃料電池。

燃料電池的電極反應(yīng)式與其電解質(zhì)的酸堿性緊密聯(lián)系。

當(dāng)電解質(zhì)溶液接近中性時(shí)：

負(fù)極：2H2-4e=4H+正極：O2+4e+2H2O=4OH-

當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)：

負(fù)極：2H2-4e=4H+正極：O2+4e+4H+=2H2O

當(dāng)電解質(zhì)溶液呈堿性時(shí)：

負(fù)極：2H2-4e+4OH-=4H2O正極：O2+4e+2H2O=4OH-

注意所有的電子e都省略了負(fù)號(hào)上標(biāo)，書寫時(shí)應(yīng)當(dāng)加上。