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氧化還原:燃料電池
氧化還原:燃料電池

燃料電池

燃料電池利用氧化還原機制發電。 它有兩個電極:一個氧化陽極和一個還原陰極,由中央電解質隔開。

無論係液體還是固體,電解質嘅導電材料都可以控制電子嘅透過。

儲罐持續為陽極和陰極提供燃料:在氫燃料電池的情況下,陽極接收氫氣和陰極氧氣,換句話說,空氣。
陽極導致燃料氧化和電子釋放,電子被離子電解質強迫透過外部電路。 因此,該外部電路提供連續嘅電流。

離子和電子聚集在陰極中,然後與第二種燃料(通常是氧氣)重新結合。 係還原,除咗電流之外,仲會產生水和熱量。
只要有電,電池就會連續運行。

因此,在陽極處,我們有氫的電化學氧化:

H2 → 2H+ + 2nd-

在陰極,觀察到氧氣的還原:

1⁄2O2 + 2H+ + 2nd- → H2O

然後,整體資產負債表為:

H2 + 1/2 O2 → H2O
PEMFC使用聚合物膜。
PEMFC使用聚合物膜。

不同類型嘅燃料電池

質子交換膜燃料電池(PEMFC):
PEMFC使用聚合物膜(通常係Nafion® )作為電解質。 它們相對較低緊嘅溫度(約80-100°C )的運行,由于其快速啟動和高功率密度,主要用于運輸應用,例如氫能汽車。

固體氧化物燃料電池(SOFC):
SOFC使用固體電解質,例如釙穩定氧化鋯( YSZ ),並喺高溫(約600-1000°C )下工作。 由於其高傚率同對燃料雜質嘅低敏感性,它們對於固定式發電和熱電聯產非常有效。

高溫固體氧化物燃料電池(HT-SOFC):
HT-SOFC係SOFC嘅一種變體,可在更高嘅溫度(高於800°C )的運行。 它們具有高效率,可由多種燃料提供動力,使其成為需要高效率嘅固定應用嘅有吸引力嘅選擇。

熔融碳酸鹽燃料電池(FCFC):
MCFC使用喺高溫(約600-700°C )的熔化嘅碳酸鹽電解質。 它們對熱電聯產好有效,並且可以使用含有二氧化碳嘅燃料運行,因此可用于捕獲和儲存二氧化碳。

鹼性燃料電池(AFC):
節能燈使用鹼性電解質,通常是鉀鹽或氫氧化鈉的水溶液。 它們高效且價錢低廉,但它們需要鉑基催化劑,並且最適合純氫,限制了它們的應用。

磷酸燃料電池(PAFC):
PAFC使用聚苯並咪唑酸膜中所含的磷酸電解質。 它們在相對較高的溫度(約150-220°C)的運行,通常用于固定式熱電聯產和發電應用。

整體回報

質子交換膜( PEM )燃料電池:
PEM燃料電池係最常用嘅燃料電池之一,特別係喺運輸和固定應用中。 它們提供高回報,通常喺40%到60%之間。 然而,呢種效率可能因工作溫度、氫氣壓力和系統中嘅損耗等因素而異。

固體氧化物燃料電池(SOFC):
眾所周知,SOFC燃料電池具有好高嘅效率,通常超過50%。 一些先進嘅SOFC燃料電池可以達到60%以上嘅效率。 它們通常用于需要高效率嘅固定應用。

高溫固體氧化物燃料電池(HT-SOFC):
HT-SOFC嘅工作溫度比傳統SOFC高得多,因此可以實現更高嘅效率,通常超過60%。 呢啲燃料電池主要用于固定式和熱電聯產應用。

熔融碳酸鹽燃料電池(FCFC):
MCFC燃料電池可以實現高效率,通常在50%至60%之間。 它們通常用于熱電聯產應用,喺呢啲應用中,廢熱可以被回收和有效利用。

燃料電池應用

清潔運輸:
燃料電池可用作燃料電池汽車( FCV )嘅電源,例如汽車、貨車、巴士和火車。 PCV使用氫氣作為燃料,透過把氫氣與空氣中嘅氧氣結合嚟發電。 它們僅產生水和熱量作為副產品,為內燃機車輛提供了清潔嘅替代品。

固定能量:
燃料電池可用作各種應用的固定電源,包括備用和備份系統、電信設施、手機信號塔、基站、商業和住宅建築的能源管理系統以及分佈式發電系統。

便攜式電子產品:
燃料電池可以為便攜式電子設備供電,如筆記簿電腦、智能手機、平板電腦同現場測量設備。 其高能量密度和更長的運行時間使其成為需要便攜式、長壽命電源的應用的有吸引力的解決方案。

軍事應用:
燃料電池可用于軍事應用,如冇人機、軍用車輛、野戰監視和通信設備以及防禦系統,苛刻緊嘅環境中提供可靠和謹慎嘅電力。

空間應用:
在航天工業中,燃料電池用于為衛星、空間站和太空探測器提供動力。 它們的高效率、可靠性和低重量令它們成為長期太空任務嘅有吸引力嘅動力源。

工業應用:
燃料電池可用于各種工業應用,例如熱電聯產、分布式發電、廢水處理、工業過程嘅熱能同發電以及可再生能源製氫。

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