網絡整理 發表於 2021-01-04 14:44:37
燃料電池是很有發展前途的新的動力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負極，用空氣中的氧作為正極．和一般電池的主要區別在於一般電池的活性物質是預先放在電池內部的，因而電池容量取決於貯存的活性物質的量；而燃料電池的活性物質（燃料和氧化劑）是在反應的同時源源不斷地輸入的，因此，這類電池實際上只是一個能量轉換裝置。這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率範圍廣、不用充電等優點，但由於成本高，系統比較複雜，僅限於一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉站、燈塔和浮標等方面。
氫氧燃料電池能量轉化反應電極是疏鬆多孔的碳棒化學能轉化為電能。氫氣氧氣變成水，化學能減少，在酸溶液中：
負極反應式為：2H₂-4e﹣==4H﹢
正極反應式為：O₂ + 4H+ +4eˉ= 2H₂O;
如是在鹼溶液中，則不可能有H+出現，
在酸溶液中，也不可能出現OHˉ。
若電解質溶液是鹼、鹽溶液則：
負極反應式為：2H₂ + 4OHˉ-4eˉ= 4H₂0
正極為：O₂ + 2H₂O + 4eˉ= 4OHˉ
若電解質溶液是酸溶液則：
負極反應式為：2H₂-4eˉ=4H+（陽離子），
正極為：O₂+4eˉ+4H+=2H₂O
氫氧燃料電池能量轉換效率太陽能電池所發的電能，經可再生氫-氧燃料電池裝置的蓄電-發電後要打很大的折扣：①電解水的能量轉換效率不到90%；②目前由氫、氧化學能發電的能量轉換效率只有40%左右（60%為廢熱），所得總轉換效率僅35%左右。也就是說，太陽能電池發的1度電，經可再生氫-氧燃料電池裝置蓄能-發電循環後，只剩下0.35度電；③與其他蓄電池裝置不同，燃料電池裝置有許多輔助部件，它們在運行中還得消耗能量，其百分點隨設計而異，大約在10至20之間，即向裝置外提供的能量大約只有0.3度電，即實際可用的能量轉換效率大約只有30%。美國為「Helios」無人飛機研製的URFC，系統的效率就是31.6%。
要特別提醒的是，這裡所說的能量轉換效率與地面上的實質不完全相同。在地面上，電能來自電網，電網的重量不加考慮；而空間飛行器的電能來自太陽能電池，能量轉換效率打三折，意味著用於燃料電池裝置電解水的那一部分太陽能電池的發電量也打了三折。如果「白天」、「黑夜」各以12小時計（實際上「白天」有效發電時間還不到12小時），則整個太陽能電池只有1／（1+1/0.3） =23%用於「白天」供電，而用於「黑夜」供電的部分要佔77%。可見，燃料電池裝置實際可用的能量轉換效率越低，所需與之配套的太陽能電池在整個太陽能電池中所佔的比例就越大。
相比之下，鋰離子電池（ IIB）裝置的充電-放電循環轉換效率可達到90%，與之配套的太陽能電池就可大為減少。目前，鋰離子電池的比能量已達200Wh/kg（鋼殼）或230Wh/kg（軟包裝），低倍率（0.1C）充、放電的安全性也不成問題。
一體式可再生氫-氧燃料電池裝置雖然目前比能量還較高，但能量轉換效率遠低於鋰離子電池，而且很難顯著提高。於是就有一個如何評價、比較它們優勢的問題，與之連帶的就有在空間飛行器科研項目中如何安排電源分系統的研製問題。
責任編輯：YYX
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