氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置,具有高效、环保(主要产物为水)等特点。
核心原理
通过电化学反应,氢气在阳极失去电子,形成氢离子(质子);电子经外部电路流向阴极,产生电流;氢离子通过电解质到达阴极,与氧气和电子结合生成水,整个过程不经过燃烧,能量转化效率较高(通常在40%-60%,高于内燃机)。
主要构成
• 电极:包括阳极(氢电极)和阴极(氧电极),负责发生电化学反应。
• 电解质:用于传导氢离子(质子),阻止电子直接通过,常见的有质子交换膜等。
• 双极板:起到分隔氢气和氧气、收集电流、散热等作用。
• 氢气供给系统:储存和输送氢气至阳极。
应用领域
• 交通运输:如氢燃料电池汽车,续航里程较长,加氢时间短(类似燃油车)。
• 便携式设备:可为小型电子设备提供电力。
• 固定发电:作为分布式电源,为家庭、企业等提供稳定电力。
不过,氢燃料电池的发展仍面临氢气制备(绿氢成本较高)、储存运输(氢气易泄漏,需专用设备)、基础设施(加氢站建设不足)等挑战。
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