燃料电池的工作原理

燃料电池的一般结构为

:燃料（负极）|电解质（液态或固态）|氧化剂（正极）。在燃料电池

中

,负极常称为燃料电极或氢电极,正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如

氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物

,液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物和液态金属,还有

固态如碳等。按电化学强弱

,燃料的活性排列次序为：肼>氢>醇>一氧化碳>烃>煤。燃料的化

学结构越简单

,建造燃料电池时可能出现的问题越少。氧化剂为纯氧、空气和卤素。电解质是

离子导电而非电子导电的材料

,液态电解质分为碱性和酸性电解液,固态电解质有质子交换膜

和氧化锆隔膜等。在液体电解质中应用微孔膜

,0.2mm～0.5mm 厚。固体电解质为无孔膜,薄膜

厚度约为

20μm。

  

　　燃料电池的反应为氧化还原反应

,电极的作用一方面是传递电子、形成电流;另一方面是

在电极表面发生多相催化反应

,反应不涉及电极材料本身,这一点与一般化学电池中电极材料

参与化学反应很不相同

,电极表面起催化剂表面的作用。

  

　　在氢氧燃料电池中

,氢和氧在各自的电极反应。氧电极进行氧化反应,放出电子,氢电极进

行还原反应

,吸收电子,总反应为:  

O2＋2H2→2H2O  

反应结果是氢和氧发生电化学燃烧

,生成水和产生电能。由热力学变量可得到以下理论电动

势和理论热效率公式：

  

Eo=－(ΔG/2F)=1.23V  

η=ΔG/ΔH=83.0％

  

式中

,ΔG 和 ΔH 分别为自由能变化和热焓变化,F 是法第常数。