鉅大LARGE | 點擊量:7009次 | 2019年08月23日
氫氧燃料電池的優缺點
燃料電池是類新型化學電池。氫氣、氧氣、甲烷等都可以成為它的原料。它具有能量轉化率高、無污染、節約金屬資源等優點,具有巨大的應用價值。但是,由于這類電池必須用特殊的催化劑,而該類催化劑現在制造困難,價格昂貴,所以,這類電池還不能普及,僅能應用于人造衛星、太空站等高科技領域。我們運用已學過的原電池、電解池知識,在學??萍蓟顒又?,制作了可用于演示的所氫氧燃料電池,效果很好。
主要特點
1、產物是水,清潔環保;
2、容易持續通氫氣和氧氣,產生持續電流;
3、能量轉換率較高,超過80%(普通燃燒能量轉換率30%多);
4、可以組合為燃料電池發電站,排放廢棄物少,噪音低,綠色發電站。
氫氧燃料電池的優點
1、清潔環保,產物是水。
2、容易持續通氫氣和氧氣,產生持續電流。
3、能量轉換率較高,超過80%(普通燃燒能量轉換率30%多)。
4、可以組合為燃料電池發電站,排放廢棄物少,噪音低,綠色發電站。
氫氧燃料電池的缺點
是輸出電壓較低,要持續不斷供給反應物,排除生成物,附屬設備較多,不容易應用于便攜式電子產品。
組成結構
以氫氣作燃料、氧氣作氧化劑的一類燃料電池。氫氧從外部通過管道輸入電池進行電化學反應并輸出電能。氫氧燃料電池的理論比能量達3600瓦·時/公斤。單體電池的工作電壓一般為0.8~0.97伏,為了滿足負載所需的工作電壓,往往由幾十個單體電池串聯成電池組。
為維持電池的正常運轉,須持續供應氫和氧,及時排除反應產物(水)和廢熱。電池組由以下幾部分組成:
①氫氧供給分系統:航天器攜帶的氫和氧采用超臨界液態貯存,可縮小貯罐體積,解決失重條件下氣、液態的分離問題,但要求貯罐絕熱性能好、耐低溫、耐高壓(氧罐為6兆帕、氫罐為3~3.5兆帕)。
②排水分系統:主要有動態排水和靜態排水兩種方式。前者把帶有水蒸氣的氫氣循環輸送到冷卻裝置,使水蒸氣冷凝成水進行分離;后者依靠多孔纖維編織材料(如燈芯)將冷凝后的水吸附出來,又稱燈芯排水。電池組排出的水經凈化后可供航天員飲用或作冷卻劑。
③排熱分系統:電池組通過冷卻劑(如乙二醇水溶液)循環,將廢熱帶到輻射器向外排放,以維持電池組正常工作的溫度范圍。
④自動控制分系統:包括電池組工作壓力、溫度、排水與排氣、電壓、安全和冷卻液循環等的控制與調節。所測量的參數傳送到航天員座艙的顯示器或由遙測設備發回地面。當電池組出現故障時,自動切換到備份電池組供電。
如何制作簡易的氫氧燃料電池
1、制作原理
用多孔碳棒作燃料電池的正、負極,30%的氫氧化鉀溶液作電解質溶液。負極吸附氫氣,正極吸附氧氣。氫氧燃料電池工作時,負極上的氫放出電子,發生氧化反應,正極上的氧得到電子,發生還原反應。
負極2H2+4OH--4e===4H2O
正極O2+2H2O+4e===4OH-
總反應2H2+O2===2H2O
2、制作過程
1)多孔碳棒的加工。將石墨碳棒放到酒精噴燈上加熱除去其中的膠質,并淬火3~4次,即形成多孔碳棒,也就是多孔碳電極。
2)把多孔碳電極、U形管、分液漏斗、橡皮塞按下圖所示組裝;再通過分液漏斗向U形管中注滿氫氧化鉀溶液,密閉。
3)氫氣、氧氣的制備
調節低壓電源的電壓到6伏,并把其正、負極分別與上圖裝置中的兩個碳電極相連接;接通電源,電解氫氧化鉀溶液制取氫氣、氧氣,且制得的氫氣與氧氣的體積比為2︰1。去掉電源,下圖所示裝置就成為一只氫氧燃料電池。
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