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問題 【家居生活】  【歸檔】17年07月12日

問問什麼是燃料電池?要注意哪些方面

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 最佳答案 簡單地說,燃料電池(FuelCell)是一種將存在於燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等,像一個蓄電池,但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。燃料電池的概念是1839年G.R.Grove提出的,至今已有大約160年的歷史。燃料電池十分複雜,涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統及自動控制等學科的有關理論,具有發電效率高、環境污染少等優點。總的來說,燃料電池具有以下特點:(1)能量轉化效率高他直接將燃料的化學能轉化為電能,中間不經過燃燒過程,因而不受卡諾迴圈的限制。現在燃料電池系統的燃料—電能轉換效率在45%~60%,而火力發電和核電的效率大約在30%~40%。(2)有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉換效率高而大幅度降低,五機械振動。(3)燃料適用範圍廣(4)積木化強規模及安裝地點靈活,燃料電池電站占地面積小,建設週期短,電站功率可依照需要由電池堆組裝,十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分散式電,或是作為社區、工廠、大型建築的獨立電站都非常合適(5)負荷回應快,運行品質高燃料電池在數秒鐘內就可以從最低功率變換到額定功率,而且電廠離負荷可以很近,從而改善了地區頻率偏移和電壓波動,降低了現有變電設備和電流載波容量,減少了輸變線路投資和線路損失。為了瞭解它的價值,讓我們分別研究一下“燃料”和“電池”這兩個詞。為了使用煤或者石油這樣的燃料來發電,應該先燃燒煤或者石油。它們燃燒時產生的能量可以對水加熱而使之變成蒸汽,蒸汽則可以用來使渦輪發電機在磁場中旋轉。這樣就產生了電流。換句話說,我們是把燃料的化學能轉變為熱能,然後把熱能轉換為電能。在這種雙轉換的過程中,許多原來的化學能浪費掉了。然而,燃料非常便宜,雖有這種浪費,也不妨礙我們生產大量的電力,而無需昂貴的費用。還有可能把化學能直接轉換為電能,而無需先轉換為熱能。為此,我們應該使用電池。這種電池由一種或多種化學溶液組成,其中插入兩根稱為電極的金屬棒。每一電極上都進行特殊的化學反應,電子不是被釋出就是被吸收。一個電極上的電勢比另一個電極上的大,由此看來假如這兩個電極用一根導線連接起來,電子就會通過導線從一個電極流向另一個電極。這樣的電子流就是電流,只要電池中進行化學反應,這種電流就會繼續下去。手電筒的電池是這種電池的一個例子。在某些情況下,當一個電池用完了以後,人們迫使電流返回流入這個電池,電池內會反過來發生化學反應,由此看來電池能夠貯存化學能,並用於再次產生電流。汽車裡的蓄電池就是這種可逆電池的一個例子。在一個電池裡,浪費的化學能要少得多,由於其中只通過一個步驟就將化學能轉變為電能。然而,電池中的化學物質都是非常昂貴的。鋅用來製造手電筒的電池。假如你試圖使用足夠的鋅或類似的金屬來為整個城市準備電力,那麼,一天就要花成本費數十億美元。燃料電池是一種把燃料和電池兩種概念結合在一起的裝置。它是一種電池,但不需用昂貴的金屬而只用便宜的燃料來進行化學反應。這些燃料的化學能也通過一個步驟就變為電能,比通常通過兩步方式的能量損失少得多。於是,可以為人類提供的電量就大大地增加了。現在,燃料電池按電解質劃分已有6個種類得到了發展,即鹼性燃料電池(AlkalineFuelCell,AFC)、磷酸鹽型燃料電池(PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)、固體聚合物燃料電池(SolidPolymerFuelCell,SPFC,又稱為質子交換膜燃料電池,ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)、及生物燃料電池(BEFC)。按工作溫度它們又分為高、中、低溫型燃料電池。工作溫度從室溫到373K(100℃)的為常溫燃料電池,如SPFC;工作溫度在373K(100℃)~573K(300℃)之間的為中溫燃料電池,如PAFC;工作溫度在873K(600℃)以上的為高溫燃料電池,如MCFC和SOFC。燃料電池實質上是以控制氫彈爆炸的觀念設計,太空船上的燃料電池是用來聚集星際旅行之間的氫氣所產生的能量之用。太空船的太陽能板所聚集的電磁和太陽能將會轉換成電能,而電能會用來慢慢地將存放在燃料電池內的氫置換成燃料。燃料電池也內含了一小部份受控制量的可進行核分裂的物質,這些物質依序用來與氫核進行核反應。核反應在燃料電池內進行,在太空旅程中提供高能量並加速離子引擎來推進太空船。在最後的旅程階段,燃料電池提供了燃料火箭動力所需的氫。這整個過程受控在強大的電磁下,它能提供能量並且防止過量的能量外泄導致反應爐核心融毀。核反應的一項副產物——熱能,則被燃料電池的外壁吸收並轉換成供給電腦、維生系統和其他必要功用的電能。經過多年的探索,最有望用於汽車的是質子交換膜燃料電池。它的工作原理是:將氫氣送到負極,經過催化劑(鉑)的作用,氫原子中兩個電子被分離出來,這兩個電子在正極的吸引下,經外部電路產生電流,失去電子的氫離子(質子)可穿過質子交換膜(即固體電解質),在正極與氧原子和電子重新結合為水。由於氧可以從空氣中獲得,只要不斷給負極供應氫,並及時把水(蒸汽)帶走,燃料電池就可以不斷地提供電能。
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