亚洲AV无码不卡在线播放

<xmp id="iiuks"><menu id="iiuks"></menu>
<xmp id="iiuks">
<nav id="iiuks"><code id="iiuks"></code></nav>

今天是2021年7月4日 星期日,歡迎光臨本站 

常見問題

科普干貨——氫燃料電池的優勢

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/1/6     瀏覽次數:    

所謂的燃料電池,就是把物質中的化學能直接轉換成電能的裝置。氫只是燃料電池中的一種燃料,還有其他的,比如甲烷、乙炔等。

 

氫之所以能成為大眾心中燃料電池的代名詞,是因為氫氣有好幾個優勢:

 

第一,反應中的副產品只有水,不涉及其他污染物,尤其是溫室氣體。

 

其實,今天人們使用汽油對空氣的污染已經不大了,但關鍵是溫室氣體的排放沒法解決。在碳排放規定中,各車企只能推出低功率版的燃油車或者混動車、純電動車來降低溫室氣體的排放。

 

因為全球能耗的80%都來自化石能源,所以能源消耗量基本就決定了碳排放的多少。但氫燃料電池在燃燒中沒有二氧化碳和其他溫室氣體,所以被很多人看好。

 

第二,氫氣很難爆炸。

 

這一點和很多人的直覺相悖。首先,中學化學實驗里為數不多的幾個燃燒的實驗中,就有氫氣和氧氣的燃燒。如果氫氣很難燃燒,干嘛還在實驗課上做呢?另外就是,氫氣球的爆炸也給人留下了深刻印象。但實際上,這些全都是誤解。

 

最大的誤解就在于,相當多的人以為,氫燃料電池工作的主要過程就是氫氣、氧氣在電池包里燃燒。燃燒,這可太危險了,我們一定要萬分小心。大致就是這樣的邏輯。但實際上,汽油、柴油工作時也是燃燒的,我們怎么不害怕呢?

 

而且,氫燃料電池的工作過程根本就不是點燃,而是一個電化學過程。這個過程我們一會兒會詳細介紹。你只要記得,駕駛氫燃料電池汽車并不是人在前面開車,車屁股后面燒一個氫氣爐子。氫燃料電池工作的樣子和鋰電池是一樣的,根本沒有火苗。你記住這一點就行。

 

“氫容易燃燒”這個誤解是從高中化學實驗開始的。但實驗課上,氫氧燃燒之所以能燒起來,是因為它同時滿足了兩個條件:一,濃度足夠高;二,點火。

 

首先,要想讓氫氣在空氣中燃燒起來,需要濃度在4%-75%之間,太低或者太高都不會燃燒。

 

其次,就算濃度在這個區間里,你把它們混合在一起,也是很難燃燒起來的。我們回憶一下高中化學實驗,制備出來的氫氣是怎么燃燒的?其實,是事先把酒精燈點燃,然后把噴出氫氣的管子口湊近酒精燈火苗的外焰,然后氫氣才能在空氣中燃燒起來。

 

酒精燈的外焰,那是四五百攝氏度的高溫。如果換個場景,你把氫氣管子插在一個已經非常熱的家用烤箱里,別看里面已經280-290多攝氏度了,但氫氣在那里是不會燃燒的,因為溫度太低了。

 

最后,就是氫氣球的爆炸了。那是因為氣球的壁太薄了,而裝氫氣的罐子可以做得很結實。今天,氫燃料電池汽車上儲藏氫氣的罐子,用普通手槍子彈打都不會有問題。

 

可能還有人會說,不是很早以前就有一個氫氣做的飛艇在空中燃燒了起來嗎?這說的是1937年的“興登堡號空難”。1937年5月6日,興登堡號飛艇在準備著陸時僅僅32秒時間就被燒毀。但其實那次空難是因為,云層積累的電荷與飛艇的帆布摩擦起電,先點燃了帆布,然后高溫才點燃的氫氣,并不是氫氣的自燃。

 

你想,氫氣飛艇如果那么容易就起火,它是不可能在旅游業、巡邏、戰爭中廣泛使用30多年的。只是因為后來飛機的可靠性和性能全面超越了它,氫氣飛艇才逐漸退出的。

 

第三:好運輸,好存儲。

 

普通人一般會覺得,還是成型的東西好運輸、好儲藏,那是因為他們缺少專業設備。實際上,對于一種能源來說,如果它是氣體的,那就再好不過了。

 

因為只要一次性建好輸氣管道,批量運輸的問題就完美解決了,而且在運輸過程中不需要額外耗費太多能源,損失也少。比如,煤炭在運輸中被老鄉扒走,還有裝車卸車的掉落,這些都是損失。而且,煤炭價格中有30%-50%的是物流費用。這就很不劃算。

 

如果能源是氣體形式的,儲藏也會更方便。高壓讓它濃縮,體積能瞬間縮小到原來的幾百分之一。而且,同樣質量的氫氣,熱值是汽柴油的三倍多。熱值,反應的就是它作為燃料燃燒時釋放的能量。

 

氫燃料電池的工作原理

 

說完了氫作為燃料電池的三個優勢,我再來講講燃料電池是怎么輸出電能的。

 

其實,氫燃料電池的歷史非常早。在道光二十五年,也就是公元1845年的時候,英國科學家威廉·格羅夫(William Grove)就制造了第一個燃料電池。他證實了,在一定條件下,氫和氧的結合除了產生水,還會產生電流。

 

他當然是站在巨人肩膀上的。此前70年,卡文迪許就研究了氫氣加氧氣變成水的過程;此前50年,尼克爾森(William Nicolson)就研究了剛剛那個過程的逆反應,也就是電解水生成氫氣和氧氣。威廉·格羅夫的成就就是發現,氫氣加氧氣生成水不需要有火苗,而且過程中還有電流產生。

 

氫燃料電池是這樣的:

 

給燃料電池的負極提供氫氣,正極提供氧氣,然后在正負極之間加一層膜。在催化劑的作用下,氫原子外層的電子會游離出來,變成電子+氫離子。而那層膜是很特殊的,只有氫離子可以通過,電子會被擋在膜外。由于氫離子實際上就是質子,所以那層膜也叫“質子交換膜”。剛才說了,電子是通不過這層膜的,所以會在膜的一邊越聚越多。如果在電子聚集的地方接一根導線,通到正極,電子就會在電壓的驅使下嗖嗖嗖的跑過去。而這,就是電池在輸出電流。

 

那些透過膜的質子和正極的氧反應會生成水,并且放出一定的熱。這些就是氫燃料電池的全部副產物。

 

由于一層膜左右兩側的壓差比較小,通常只有0.5V-1.0V,所以只要把正負極夾著一層膜的結構疊加幾百層,就能得到需要的高電壓。在這個電池里,是沒有任何火焰出現的。不過,為了保證催化劑的活性,在電動車使用的燃料電池類型中,電池的工作溫度在90攝氏度左右。其實,這比很多燃油發動機的溫度要低很多。

 

這個過程中,化學能轉化為電能的效率最高可以到80%,遠比內燃機的40%高得多。

 

當然,氫燃料電池不止剛剛說的質子交換膜這一種,還有其他類型,它們的反應物和電解質都不太一樣。

 

比如,航天中用的燃料電池,電解質是氫氧化鉀。而熔融態硅酸鹽、氧化鋯、磷酸等作為電解質的氫燃料電池,都是給發電站用的。氫燃料電動汽車用的這種電池,是比較晚才出現的一種新型氫燃料電池。

返回上一步
打印此頁
400-022-8199
瀏覽手機站
亚洲AV无码不卡在线播放
<xmp id="iiuks"><menu id="iiuks"></menu>
<xmp id="iiuks">
<nav id="iiuks"><code id="iiuks"></code></nav>