质子交换膜燃料电池

✍ dations ◷ 2025-04-03 17:05:14 #质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池(英语:Proton Exchange Membrane Fuel Cell,简称:PEMFC),又称固体高分子电解质燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells),是一种以含氢燃料与空气作用产生电力与热力的燃料电池,运作温度在 50℃ 至 100℃,无需加压或减压,以高分子质子交换膜为传导媒介,没有任何化学液体,发电后产生纯水和热。燃料电池中,质子交换膜燃料电池相对低温与常压的特性,加上对人体无化学危险、对环境无害,适合应用在日常生活,所以被发展应用在运输动力型(Transport)、定置型(Stationary)与便携式(Portable)等机组。质子交换膜燃料电池每一个电池组,一般是由十一层结构所组成:质子交换膜燃料电池的原理是:首先氢分子经由阳极端流场板的气体导流槽进入电池组,经扩散层到阳极触媒反应层,经阳极触媒作用氧化为氢离子(也就是质子),与释出电子,这化学反应过程称为阳极半反应:然后氢离子受电渗透力驱策,伴随数个水分子,经由交换膜输送至另一端的阴极触媒反应层。接着游离的电子经导电板收集,因电位差的原故,通过连接在导电板上的电路,流向阴极的导电板,变成电流产生电力,电子最后会由阴极导电板送到阴极触媒反应层。最后氢离子、电子、加上由阴极流场板输送来空气中的氧气,汇集在阴极触媒反应层,经阴极触媒催化而产生水,这化学反应过程称为阴极半反应:总体电化反应是将化学能自由能差 ( Δ G ) {displaystyle {rm {left(Delta Gright)}}} 转变为电动势 ( Δ E ) {displaystyle {rm {left(Delta Eright)}}} :而:氢的反应热 Δ H {displaystyle {rm {Delta H;}}} 为 286 k J m o l − 1 {displaystyle {rm {286;{it {k{rm {J,{mol}^{-1}}}}}}}} ,熵变 Δ S {displaystyle {rm {Delta S;}}} 为 163 J m o l − 1 K − 1 {displaystyle {rm {163;J,{mol}^{-1},{K}^{-1}}}} 。假设温度 T {displaystyle {rm {T;}}} 为 57 ∘ C {displaystyle {rm {57^{circ }C}}} 即 330 K {displaystyle {rm {330;K}}} 时,能量损耗为:故转换率:也就是在温度为 57 ∘ C {displaystyle {rm {57^{circ }C}}} 时,有 81.2 % {displaystyle {rm {81.2%;}}} 的反应热可以转换成电能,由此推算, T {displaystyle {rm {T;}}} 为 100 ∘ C {displaystyle {rm {100^{circ }C}}} 时,仍有 78.7 % {displaystyle {rm {78.7%;}}} 的转换率,是相当有效能的电转化换。1960年代中期,美国通用电气的威勒汤玛士葛洛伯(英语:Willard Thomas Grubb)和李尼崔奇(英语:Lee Niedrach),参与了美国海军船务署与美国陆军通讯兵团的一项专案,要求发展一种小型燃料电池,便发明了以质子交换膜为电解质的燃料电池。第一个成品,是使用氢化锂放入水来产生氢,并制作成抛弃式的燃料匣,方便携带又容易置换,但由于电极板是贵重金属铂(白金),生产成本非常高昂。奇异的质子交换膜燃料电池“PB2”,被选定参与美国太空总署的双子星座计划,该计划的主要目的为在太空中测试各种设备与状况,以供后来以登月为目标的阿波罗计划参考设计,但刚开始时时PB2遇到了电池组污染与氧从交换膜渗漏等问题,双子星1号到4号都没有采用。通用电气重新设计电池,采用了杜邦公司的“纳飞安(英语:Nafion)”离子聚合膜为交换膜(英语:Proton-exchange membrane),代替之前的磺化聚苯乙烯膜,新电池名为“P3”,从双子星5号开始被采用至最后的双子星10号。惟于后来的阿波罗计划与航天飞机改为采用碱性燃料电池。通用电气持续不断研发新的质子交换膜电池,在1970年代中期,发展出一种水电解技术,可以支援水中生活,应用在美国海军的氧气生产工厂,英国皇家海军于1980年代初采用此项技术于其潜水艇舰队。1980年代后期至1990年代,美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室与德州A&M大学,致力于实验如何减少质子交换膜电池对铂的使用量。近来因奈米科技发展,已能将只有数奈米的铂镀在炭黑或碳粉上,不仅大幅降低铂的使用量,并且使能量密度得以大幅提升。

相关

  • 听诊听诊(Auscultation)是一种利用听个体内的声音的诊断技术,通常会使用听诊器配合诊断。听诊最常应用的地方是进行循环系统、呼吸系统,肠胃道系统(英语:gastrointestinal system)以及
  • 万乃洛韦伐昔洛韦(Valaciclovir)是鸟嘌呤类似物类抗病毒药物,用于单纯疱疹和带状疱疹感染。它是阿昔洛韦的前药,在体内可转化为阿昔洛韦。伐昔洛韦是一种前药,是阿昔洛韦酯化物,口服生物利
  • 浴缸浴缸是一种取水设备,供沐浴或淋浴之用,通常装置在家居浴室内。现代的浴缸大多以压克力或玻璃纤维制造,亦有以搪瓷、木材制造或是用砖块、瓷砖砌成。旧式西方浴缸通常由防锈处理
  • 环境化学环境化学是研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律,研究化学物质在环境中的作用的学科。它不应与绿色化学,即探求如何减少潜在的污染源头的学科搞混乱。它可以定义为研究源
  • 红灯区红灯区(英语:Red-light district),又称风月区、风化(花)区,是指以性产业为主的街区。在日本,红灯区称为风俗街(日语:風俗街/ふうぞくがい Fūzokugai)。中国古代至近代称为花柳巷、烟花
  • 义肢假体或假肢(英语:Prosthesis 或 Prosthetic implant)指人造肢体,用来取代肢体的功能障碍(不论暂时性或永久性),或是用来掩饰肢体伤残。与义体(如义乳、假鼻子、假发、假牙)最大的不同
  • 树突树突(英语:Dendrites)是神经元解剖结构的一部分,为从神经元的细胞本体发出的多分支突起。树突为神经元的输入通道,其功能是将自其他神经元所接收的动作电位(电信号)传送至细胞本体
  • 鹿蹄草鹿蹄草(学名:Pyrola calliantha)为鹿蹄草科鹿蹄草属下的一个种。
  • 特伦托省特伦托自治省(Provincia autonoma di Trento)是意大利特伦蒂诺-上阿迪杰的一个省。面积6,207平方公里,2005年人口504,824人。首府特伦托。下分223市镇。
  • 俄罗斯军事俄罗斯的军事力量是由联邦武装力量、国家近卫军、边防军、铁道军、民事防卫军、联邦通信和情报信息部队、联邦警卫局所属部队等部队组成。总人数为201.9万人,其中武装力量有1