氫氧燃料電池的原理

氫氧燃料電池的原理

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，筆直將其變換為電能。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，這又和其他一般化學電池不大一樣。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。

詳盡地說，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，今朝正發展為筆直使用固體的電解質。

工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負極分析成正離子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，需要高度留意電解質的酸堿性。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++4e-==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OH-。根據電解質的不同，燃料電池(FuelCell,FC)分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（pAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質子交換膜燃料電池（pEMFC）等。其中屬于堿性燃料電池的惟有AFC一種，而其余的燃料電池均屬于酸性燃料電池，不存在所謂的中性燃料電池，惟有電解質為弱酸或弱堿而接近中性的燃料電池。

燃料電池的電極反應式與其電解質的酸堿性緊密聯系。

當電解質溶液接近中性時：

負極：2H2-4e=4H+正極：O2+4e+2H2O=4OH-

當電解質溶液呈酸性時：

負極：2H2-4e=4H+正極：O2+4e+4H+=2H2O

當電解質溶液呈堿性時：

負極：2H2-4e+4OH-=4H2O正極：O2+4e+2H2O=4OH-

留意所有的電子e都省略了負號上標，書寫時應該加上。

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