高中化学 第二章第2节 燃料电池知识简介素材1 新人教版必修2

燃料电池知识简介

燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。燃料电池发生电化学反应的实质是燃料的燃烧反应。它与一般电池不同之处在于燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料（氢或通过甲烷、天然气、煤气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取）和氧（或空气）不断由外界输入，因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的装置。

一、燃料电池的发展史

1839年，英国的葛洛夫（William Grove）爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电池的原理，他能够从氢气和氧气中获取电能，燃料电池概念从此开始。

120年后，另一英国人培根（Francis T. Bacon）研制出5kW的碱性燃料电池组，用作小型机械的动力，使燃料电池走出实验室，应用于人们的生产活动。

20世纪60年代末，燃料电池被用作航天飞行器的能源，并逐渐发展地面应用。至1990年，规模为11 MW的燃料电池发电站在日本运行。能源、环保、交通等原因对燃料电池的发展起了极大的推动作用，二十一世纪燃料电池将成为重要的高新科技得以飞速发展。

二、燃料电池的优点

燃料电池不会燃烧产生火焰，也没有旋转发电机，所以这一化学能直接转化为电能的过程具有许多重要的优点：

（1）电效率比任何其它形式的发电技术的电效率都高。

（2）废气如SO2，NO x和CO的排放量极低。

（3）由于燃料电池中无运动部件，燃料电池工作时很安静且无机械磨损。

（4）电与热量可结合起来用(热电联产厂)。

（5）燃料电池的工作特性可满足各种负荷水平要求。

三、燃料电池的类型

有5种已知的燃料电池类型，其名称与采用的相应的电解质有关。

（1）碱性燃料电池（AFC）：采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高（可达60一90％），但对影响纯度的杂质如二氧化碳很敏感，因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了将其应用于宇宙飞行及国际工程等领域。

（2）质子交换膜燃料电池（PEMFC）：采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。无电解质

泄漏, 可以获得高的比能量和比功率及低温起动操作等，已经成为新的一代无环境污染电动汽车发电装置。

（3）磷酸燃料电池（PAFC）：采用浸有浓H3PO4的SiO2微孔膜作电解质。很适合用于分散式的热电联产系统。

（4）熔融碳酸燃料电池（MCFC）：采用浸有(K、L i)CO3的LiAlO2隔膜为电解质。这种电池的效率很高，但材料需求的要求也高。

（5）固体氧燃料电池（SOFC）：采用的是固态电解质（钻石氧化物），性能很好。最突出的优点是燃料适用范围广，不仅可以用H2、CO等燃料，而且可直接用天然气、煤气化气和其它碳氢化合物作为燃料，SOFC有希望成为将来集中或分散发电的新技术。