氫氧燃料電池反應原理及工作原理

氫氧燃料電池是以氧氣作為氧化劑，以氫氣作為燃料，然后通過燃料的各種化學反應，進而將產生的化學能轉化為電能有一種電池。氫氧燃料電池具有容量大、比能量高、轉化效率高和功率范圍廣等多個優點。氫氧燃料電池和一般電池有著很大區別，一般電池的活性物質是被存放在電池的內部的，所以儲存的活性物質的量的多少決定電池的容量。而燃料電池的活性物質是可以被源源不斷地輸入的。今天小編就來給大家介紹一下氫氧燃料電池的一些知識。

氫氧燃料電池的分類

氫氧燃料電池按電池結構和工作方式分為離子膜、培根型和石棉膜三類。

1、離子膜氫氧燃料電池

用陽離子交換膜作電解質的酸性燃料電池，現代采用全氟磺酸膜。電池放電時，在氧電極處生成水，通過燈芯將水吸出。這種電池在常溫下工作、結構緊湊、重量輕，但離子交換膜內阻較大，放電電流密度小。

2、培根型燃料電池

屬堿性電池。氫、氧電極都是雙層多孔鎳電極(內外層孔徑不同)，加鉑作催化劑。電解質為80%～85%的苛性鉀溶液，室溫下是固體，在電池工作溫度(204～260°C)下為液體。這種電池能量利用率較高，但自耗電大，起動和停機需較長的時間(起動需24小時，停機17小時)。

3、石棉膜燃料電池

也屬堿性電池。氫電極由多孔鎳片加鉑、鈀催化劑制成，氧電極是多孔銀極片，兩電極夾有含35%苛性鉀溶液的石棉膜，再以有槽鎳片緊壓在兩極板上作為集流器，構成氣室，封裝成單體電池。放電時在氫電極一邊生成水，可以用循環氫的辦法排出，亦可用靜態排水法。這種電池的起動時間僅15分鐘，并可瞬時停機。比磷酸鐵鋰電池要更環保。

氫氧燃料電池的優點

1、材料價廉

2、操作簡單

3、安全

4、高效

5、無污染

氫氧燃料電池工作原理

燃料電池是一種化學電池，它利用物質發生化學反應時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時需要連續地向其供給反應物質——燃料和氧化劑，這又和其他普通化學電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學反應釋出的能量變為電能輸出，所以被稱為燃料電池。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的“發電機”。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初，電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成，現在正發展為直接使用固體的電解質。

工作時向負極供給燃料(氫)，向正極供給氧化劑(空氣，起作用的成分為氧氣)。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負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正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。

利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發電機”。

一般來講，書寫燃料電池的化學反應方程式，需要高度注意電解質的酸堿性。在正、負極上發生的電極反應不是孤立的，它往往與電解質溶液緊密聯系。如氫—氧燃料電池有酸式和堿式兩種，在酸溶液中負極反應式為：2H2-4e-==4H+正極反應式為：O2+4H++4eˉ==2H2O;如是在堿溶液中，則不可能有H+出現，在酸溶液中，也不可能出現OHˉ。

若電解質溶液是堿、鹽溶液則負極反應式為：2H2+4OHˉ-4eˉ==4H20正極為：O2+2H2O+4eˉ==4OHˉ

若電解質溶液是酸溶液則負極反應式為：2H2-4eˉ=4H+(陽離子)，正極為：O2+4eˉ+4H+=2H2O

記憶規律如下：

堿性條件下，容易記住正極的O2、H2O、eˉ、4OHˉ前面的系數分別為1、2、2、4，再用總反應方程式減去上式即可。酸性條件下，易記住負極反應式(4H+)+(-4eˉ)=2H2，通過移項可以得到所需要的方程式，同樣用總反應式減上式得到正極反應式。

氫氧燃料電池工作時，向氫電極供應氫氣，同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質生成水。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電，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過程就能連續進行。

電極反應式

氫氧燃料電池(中性介質)：

正極：O2+2H2O+4e-→4OH-

負極：2H2-4e-→4H+

總反應式：2H2+O2==2H2O

氫氧燃料電池(酸性介質)：

正極：O2+4H++4e-→2H2O

負極：2H2-4e-→4H+

總反應式：2H2+O2==2H2O

氫氧燃料電池(堿性介質)：

正極：O2+2H2O+4e-→4OH-

負極：2H2-4e-+4OH-→4H2O

總反應式：2H2+O2==2H2O