燃料電池的工作原理及常見(jiàn)種類

燃料電池是一種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)電化學(xué)方法結(jié)合燃料(通常為氫)和氧化劑(通常為氧氣)來(lái)產(chǎn)生電和熱。由于燃料電池能夠在不需要燃燒的情況下將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，只要供應(yīng)燃料，它就能提供比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)高得多的轉(zhuǎn)換效率。與相同功率輸出的化石燃料的技術(shù)相比，更高的效率的同時(shí)還帶來(lái)更低的二氧化碳排放和更少量的SOx和NOx。

燃料電池原理

燃料電池由夾在電解質(zhì)周圍的兩個(gè)電極組成。氫燃料被送入燃料電池的陽(yáng)極，氧氣(或空氣)通過(guò)陰極進(jìn)入燃料電池。

在陽(yáng)極處，氫在催化劑的作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過(guò)電解質(zhì)擴(kuò)散到陰極，電子則由外部電路流向正極，從而形成電流。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。氫氧燃料電池直接將燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此其具有效率高、污染小、噪音低的特點(diǎn)。

燃料電池組成結(jié)構(gòu)

燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等。

1.電極

電極主要可分為兩部分，其一為陽(yáng)極(Anode)，另一為陰極(Cathode)。燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，其性能的好壞關(guān)鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。

2.電解質(zhì)隔膜

電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子，故電解質(zhì)隔膜越薄越好，但亦需顧及強(qiáng)度。

3.集電器

集電器又稱作雙極板(Bipolar Plate)，具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用，集電器的性能主要取決于其材料特性、流場(chǎng)設(shè)計(jì)及其加工技術(shù)。

常見(jiàn)的幾種燃料電池

1.SOFC

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將燃料氣和氧化氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置,具有一般燃料電池的結(jié)構(gòu)。

2.RFC

氫燃料電池以氫氣為燃料,與氧氣經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)后透過(guò)質(zhì)子交換膜產(chǎn)生電能。氫和氧反應(yīng)生成水,不排放碳化氫、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物,無(wú)污染,發(fā)電效益高。

3.DMFC

直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池通常稱為直接甲醇燃料電池(DMFC)。膜電極主要由甲醇陽(yáng)極、氧氣陰極和質(zhì)子交換膜(PEM)構(gòu)成。

燃料電池堆

燃料電池堆是將多個(gè)單體電池雙極板與膜電極以串聯(lián)方式層疊組合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢構(gòu)成。燃料電池電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，也是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)核心部分。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過(guò)電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電流。

針對(duì)燃料電池的相關(guān)測(cè)試解決方案

在世界環(huán)境問(wèn)題不斷嚴(yán)峻的今天，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā)，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。近年來(lái)燃料電池在載人航天、水下潛艇、分布式電站、軌道交通獲得廣泛應(yīng)用，一直受到了各國(guó)政府和企業(yè)的高度關(guān)注。

NGI基于多年測(cè)試測(cè)量儀器技術(shù)研發(fā)實(shí)力及燃料電池行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出一系列針對(duì)燃料電池測(cè)試的專用儀器并廣泛應(yīng)用于各燃料電池測(cè)試場(chǎng)景。

1.測(cè)試對(duì)象

·燃料電池單片

·燃料電池電堆

·巡檢模塊(CVM)

·DC-DC 轉(zhuǎn)換器

·氫氣循環(huán)泵

·空氣壓縮機(jī)

·燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

2.測(cè)試項(xiàng)目

·燃料電池放電測(cè)試

·燃料電池電壓巡檢

·燃料電池在線阻抗分析

·DC-DC轉(zhuǎn)換器測(cè)試

·氫氣循環(huán)泵及空壓機(jī)直流電源供應(yīng)

·燃料電池單片電壓模擬

3.NGI方案優(yōu)勢(shì)

·技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先

·提供完整測(cè)試解決方案

·產(chǎn)品可擴(kuò)展性強(qiáng)

審核編輯：湯梓紅