氫氧燃料電池中,氫氣和氧氣怎么反應(yīng)?
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-11分類:催化劑及助劑瀏覽:86
氫氣燃料電池和氫氧燃料電池不一樣。氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素,制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng),把氫和氧分別供給陰極和陽極,氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后,放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陽極。氫燃料電池的特點(diǎn):
1、無污染燃料電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng),而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲(chǔ)能(蓄電池)方式--最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
2、無噪聲燃料電池運(yùn)行安靜,噪聲大約只有55dB,相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝,或是在室外對噪聲有限制的地方。
3、高效率燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。氫氧燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動(dòng)力電源,一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料,作為負(fù)極,用空氣中的氧作為正極.和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在電池內(nèi)部的,因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量;而燃料電池的活性物質(zhì)(燃料和氧化劑)是在反應(yīng)的同時(shí)源源不斷地輸入的,因此,這類電池實(shí)際上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn),但由于成本高,系統(tǒng)比較復(fù)雜,僅限于一些特殊用途,如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面。氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑,氧氣作氧化劑氫氧燃料電池,通過燃料的燃燒反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵兀c原電池的工作原理相同。氫氧燃料電池工作時(shí),向氫電極供應(yīng)氫氣,同時(shí)向氧電極供應(yīng)氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下,通過電解質(zhì)生成水。這時(shí)在氫電極上有多余的電子而帶負(fù)電,在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后,這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料(氫),向正極供給氧化劑(氧氣)。氫在負(fù)極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中,而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。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。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)的裝置氫氧燃料電池的反應(yīng)物都在電池外部它只是提供一個(gè)反應(yīng)的容器2H2+O2==2H2O 氫氣和氧氣都可以由電池外提供燃料電池是一種化學(xué)電池,它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量,直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看,它和其他化學(xué)電池如鋅錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是,它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給反應(yīng)物質(zhì)——燃料和氧化劑,這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池。具體地說,燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"發(fā)電機(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初,電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成,2013年正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料(氫),向正極供給氧化劑(空氣,起作用的成分為氧氣)。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。當(dāng)氫離子進(jìn)入電解液中,而電子就沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上,空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。此過程水可以得到重復(fù)利用,發(fā)電原理與可夜間使用的太陽能電池有異曲同工之妙。燃料電池的電極材料一般為惰性電極,具有很強(qiáng)的催化活性,如鉑電極、活性碳電極等。利用這個(gè)原理,燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電,所以也可稱它為一種"發(fā)電機(jī)"。一般來講,書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式,需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性。在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的,它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種:若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負(fù)極反應(yīng)式為:2H2+4OHˉ-4eˉ==4H20正極為:O2+2H2O+4eˉ==4OHˉ若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負(fù)極反應(yīng)式為:2H2-4eˉ=4H+(陽離子),正極為:O2+4eˉ+4H+=2H2O在堿溶液中,不可能有H+出現(xiàn),在酸溶液中,不可能出現(xiàn)OHˉ。
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