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    氫燃料電池原理圖解

    氫氧燃料電池工作原理:將氫氣送到電池的陽極板,通過催化劑的作用,氫原子變成一個正電荷的氫離子和一個負電荷的電子,其中氫離子通過電解質到達陰極板,而電子不能通過電解質,而只能通過外部電路形成電流。電子到達陰極板后,與氧原子和氫離子重新結合為水。

    氫燃料電池原理圖

    氫燃料電池陰極板供給的氧可直接從空氣中獲得,因此僅需不斷給陽極板供應氫氣并及時把水帶走,氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對于其他能源,氫燃料電池的發電過程無污染,能量轉換效率更高,且其燃料氫氣來源廣泛,可再生。

    氫氧燃料電池電極反應式:

    正極:O2+ 4e+4H+ = 2H20

    負極:2H2-4e+40H= 4H20

    總反應:2H2 + O2 = 2H20

    氫燃料電池原理圖

    (一)氫燃料電池組成:

    為維持電池的正常運轉,須持續供應氫和氧,及時排除反應產物(水)和廢熱。電池組由以下四部分組成:

    1、氫氧供給分系統:航天器攜帶的氫和氧采用超臨界液態貯存,可縮小貯罐體積,解決失重條件下氣、液態的分離問題,但要求貯罐絕熱性能好、耐低溫、耐高壓(氧罐為6兆帕、氫罐為3~3.5兆帕)。

    2、排水分系統:主要有動態排水和靜態排水兩種方式。前者把帶有水蒸氣的氫氣循環輸送到冷卻裝置,使水蒸氣冷凝成水進行分離;后者依靠多孔纖維編織材料(如燈芯)將冷凝后的水吸附出來,又稱燈芯排水。電池組排出的水經凈化后可供航天員飲用或作冷卻劑。

    3、排熱分系統:電池組通過冷卻劑(如乙二醇水溶液循環,將廢熱帶到輻射器向外排放,以維持電池組正常工作的溫度范圍。

    ④自動控制分系統:包括電池組工作壓力、溫度、排水與排氣、電壓、安全和冷卻液循環等的控制與調節。所測量的參數傳送到航天員座艙的顯示器或由遙測設備發回地面。當電池組出現故障時,自動切換到備份電池組供電。

    (二)氫燃料電池的優點:

    1、零污染

    燃料電池屬于清潔能源的一部分,由于其反應過程就是無污染的水反應,反應過程不會產生污染物,其主要污染物來自于燃料,可能存在氮氧化物等污染。相對于普通火力發電的空氣污染以及傳統電池的重金屬污染而言,燃料電池對環境的污染程度遠遠降低。而氫燃料電池,其燃料為純凈無污染的氫氣,相對其他燃料而言,廢氣中也不存在污染物??梢哉f,氫燃料電池就是一個能真正實現零污染的環保能源。

    2、高效的能量轉換效率

    燃料電池的發電效率也處于較高水平。在各種發電方式中,傳統火力發電效率在30%左右,遠低于燃料電池平均的40%-60%效率。而在汽車領域的應用中,燃料電池的效率可達60%,也高于目前汽車普遍使用的內燃機效率??傮w而言,燃料電池的能量轉換效率在其類似替代能源中都處于較高水平。

    3、易于獲得燃料

    氫是宇宙中最常見的元素,氫及其同位素占到了太陽總質量的84%,宇宙質量的75%都是氫。氫分子在地球上不是以天然的氣體存在,大部分氫結合氧存在水中,可以說水資源在一定程度上代表了氫能的儲存量。

    4、動態響應性好、供電穩定

    燃料電池發電系統對負載變動的影響速度快,無論處于額定功率以上的過載運行或低于額定功率的低載運行,它都能承受,并且發電效率波動不大,供電穩定性高。

    5、發電環境友好

    發電時不會排放塵埃,二氧化硫,氮氧化物和烴類等火力發電時會排放的污染物。并且氫氧電池按電化學原理工作,運動部件很少。因此工作時安靜,噪音很低。

    6、自動運行

    氫氧燃料電池發電系統是全自動運行,機械運動部件很少,維護簡單,費用低,適合做偏遠地區、環境惡劣以及特殊場合(如空間站和航天飛機)的電源。

    7、采用模塊結構

    氫氧燃料電池電站采用模塊結構,由工廠生產各種模塊,在電站的現場集成,安裝,施工簡單,可靠性高,并且模塊容易更換,維修方便。

    8、安全性高

    氫氣分子量為2,僅為空氣的1/14,因此,氫氣泄漏于空氣中會自動逃離地面,不會形成聚集。而其他燃油燃氣均會聚集地面而構成易燃易爆危險。

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