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质子交换膜燃料电池性能影响的分析

2013-10-13 00:01
论恒
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  质子交换膜燃料电池主要应用氢气作为原料,将氧化剂中的化学能转化为电能的一种发电装置。它的发电原理与普通的化学电池发电原理基本相同:都是利用正负极板上的电子的移动完成燃料的氧化还原反应。氧化过程发生在正极也就是阳极,还原过程发生在负极也就是阴极。相对于内燃机而言质子交换膜燃料电池,它的工作特点是直接将化学能转化为电能,因此效率更高。又因为它是以氢气为燃料,最后作用的产生物是水,没有生成任何有害气体释放到空气中,是我们所需要的环保新能源。并且它的输出功率更高,无需充电。正是因为它具有这么突出的优点,所以燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术,被世界认为是最有发展前途的新能源。

  一、燃料电池的原理

  质子交换膜燃料电池主要由阳极流场板,膜电极和阴极流场板组成,其中膜电极又包含扩散层、催化层和质子交换膜。

  在工作时质子交换膜燃料电池系统就相当于一个直流电源,直流电源的负极相当于燃料电池的阳极,正极相当于燃料电池的阴极。

  首先氢气通过质子交换膜到达阳极,在阳极催化剂的作用下,1个氢分子解离为2个氢质子,并释放出2个电子,阳极反应为:阳极(负极):2H2-4e-→4H+.

  在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:阴极(正极):O2+4H++4e-→2H2O总反应式:2H2+1/2O2→H2O+电能电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。

质子交换膜燃料电池性能影响的分析

  二、膜电极扩散层变化分析

  为了防止气体泄漏和降低接触电阻,一般状态下,会施加适当的紧固作用将气体扩散层和流场板连接。并且施加的这种紧固作用的大小会直接影响到气体扩散层的渗透率、气体孔隙率、接触电阻以及最终的电池性能。

  工作过程中质子交换膜燃料电池的扩散层孔隙率的变化通过实验手段是很难测量的,评估不同紧固作用下扩散层性能的变化必须在电池外进行。

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