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燃料电池的工作原理及常见种类

唐先生 来源:NGI123 作者:NGI123 2022-02-25 09:36 次阅读

燃料电池是一种电化学能量转换装置,通过电化学方法结合燃料(通常为氢)和氧化剂(通常为氧气)来产生电和热。由于燃料电池能够在不需要燃烧的情况下将化学能直接转换成电能,只要供应燃料,它就能提供比传统内燃机高得多的转换效率。与相同功率输出的化石燃料的技术相比,更高的效率的同时还带来更低的二氧化碳排放和更少量的SOx和NOx。

燃料电池原理

燃料电池由夹在电解质周围的两个电极组成。氢燃料被送入燃料电池的阳极,氧气(或空气)通过阴极进入燃料电池。

在阳极处,氢在催化剂的作用下分解成氢离子和电子。氢离子通过电解质扩散到阴极,电子则由外部电路流向正极,从而形成电流。在正极上,氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。氢氧燃料电池直接将燃烧的化学能转化为电能,因此其具有效率高、污染小、噪音低的特点。

燃料电池的工作原理及常见种类

燃料电池组成结构

燃料电池的主要构成组件为:电极、电解质隔膜与集电器等。

1.电极

电极主要可分为两部分,其一为阳极(Anode),另一为阴极(Cathode)。燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所,其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。

2.电解质隔膜

电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂,并传导离子,故电解质隔膜越薄越好,但亦需顾及强度。

3.集电器

集电器又称作双极板(Bipolar Plate),具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用,集电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。

燃料电池的工作原理及常见种类

常见的几种燃料电池

1.SOFC

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置,具有一般燃料电池的结构。

2.RFC

氢燃料电池以氢气为燃料,与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。氢和氧反应生成水,不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物,无污染,发电效益高。

3.DMFC

直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池(DMFC)。膜电极主要由甲醇阳极、氧气阴极和质子交换膜(PEM)构成。

燃料电池堆

燃料电池堆是将多个单体电池双极板与膜电极以串联方式层叠组合,各单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢构成。燃料电池电堆是发生电化学反应的场所,也是燃料电池动力系统核心部分。电堆工作时,氢气和氧气分别由进口引入,经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板,经双极板导流均匀分配至电极,通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应,并产生电流。

针对燃料电池的相关测试解决方案

在世界环境问题不断严峻的今天,从节约能源和保护生态环境的角度出发,燃料电池是最有发展前途的发电技术。近年来燃料电池在载人航天、水下潜艇、分布式电站、轨道交通获得广泛应用,一直受到了各国政府和企业的高度关注。

NGI基于多年测试测量仪器技术研发实力及燃料电池行业应用经验,开发出一系列针对燃料电池测试的专用仪器并广泛应用于各燃料电池测试场景。

1.测试对象

·燃料电池单片

·燃料电池电堆

·巡检模块(CVM)

·DC-DC 转换器

·氢气循环泵

·空气压缩机

·燃料电池发动机系统

2.测试项目

·燃料电池放电测

·燃料电池电压巡检

·燃料电池在线阻抗分析

·DC-DC转换器测试

·氢气循环泵及空压机直流电源供应

·燃料电池单片电压模拟

3.NGI方案优势

·技术行业领先

·提供完整测试解决方案

·产品可扩展性强

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