氫燃料電池原理解析 氫燃料電池原理解析題

氫燃料電池的歷史非常早。公元1845年，英國科學(xué)家威廉格羅夫（William Grove）制造出第一塊氫燃料電池，證明了在一定條件下，氫和氧結(jié)合可以產(chǎn)生水，同時(shí)產(chǎn)生電流。

氫燃料電池原理：

通過向燃料電池的正極供應(yīng)氫氣和向負(fù)極供應(yīng)氧氣，在正極和負(fù)極之間添加隔膜。在催化劑的作用下，氫原子外層的電子會(huì)發(fā)生離解，成為電子和氫離子。因?yàn)橹挥袣潆x子可以通過膜，所以電子被阻擋在膜外。在連續(xù)反應(yīng)下，電子不斷積累。這時(shí)，一根導(dǎo)線接在正極上，電子在電壓的驅(qū)動(dòng)下跑向正極。即輸出電流。

由于氫離子實(shí)際上是質(zhì)子，因此該膜也稱為“質(zhì)子交換膜”。由于一個(gè)薄膜左右兩側(cè)的壓差比較小，通常只有0.5V-1.0V，所以需要在正負(fù)電極之間增加數(shù)百個(gè)薄膜結(jié)構(gòu)才能獲得高壓。為了保證催化劑的活性，在電動(dòng)汽車使用的燃料電池中，電池的工作溫度一般在90攝氏度左右。在這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的效率最高可達(dá)80%，遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)的40%。

其中催化劑采用金屬鉑，氫氣純度（99.99%）極高，否則反應(yīng)效率會(huì)大大降低。但作為貴金屬，價(jià)格居高不下，導(dǎo)致氫燃料電池成本居高不下。

以豐田Mirai 氫燃料電池車為例。主要結(jié)構(gòu)由燃料電池、儲(chǔ)氫罐、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)能電池組成。通過加氫、電化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生電流、輸入電池、驅(qū)動(dòng)車輛，本質(zhì)上就是電動(dòng)汽車。車。但結(jié)構(gòu)較純電動(dòng)汽車復(fù)雜，整車制造成本也較高。

氫燃料電池汽車是騙局嗎？

使用氫燃料電池汽車絕對(duì)環(huán)保。除了產(chǎn)生電流外，電化學(xué)反應(yīng)是水。然而，氫是一種二次能源。自然界中沒有可以直接利用的氫氣，制氫過程中也存在環(huán)境問題。目前，我國制氫仍以“灰氫”為主，“藍(lán)氫”為輔。煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)品制氫分別占62%、19%和18%。

“灰氫”是指利用石油、天然氣、煤等化石燃料的傳統(tǒng)方法制氫。該路線是目前成本最低、效率最高的制氫方法，但無法達(dá)到減碳的效果；

“藍(lán)氫”在“灰氫”的基礎(chǔ)上，搭載碳捕集和碳儲(chǔ)存技術(shù)（CCS技術(shù)），降低碳排放強(qiáng)度，但由于增加了設(shè)備，成本增加；

“綠氫”主要是利用電解水制氫。這種方法需要大量的電能。制氫過程完全沒有碳排放，但成本相對(duì)較高。

根據(jù)2021年的數(shù)據(jù)，我國火電發(fā)電占比高達(dá)70%。雖然比例逐年下降，但綠色電力的比例還不夠大，不足以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。既然沒有綠色電力，就沒有真正的“綠色氫”。這和你們很多人抱怨純電動(dòng)車用電不環(huán)保是一樣的道理。消耗電能制備氫氣，再通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能來驅(qū)動(dòng)車輛，這讓很多人覺得是多余的。根據(jù)國家規(guī)劃，鼓勵(lì)發(fā)展純電動(dòng)和氫能源，但不是在乘用車領(lǐng)域，而是在中重型車、客車、卡車等新能源客貨車領(lǐng)域，以及如船舶和飛機(jī)。