干電池

干電池使用固定化的電解質(zhì)，可最大程度減少水分并具有出色的便攜性。

定義干電池

在電力中，電池是由一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池組成的設(shè)備，該電化學(xué)電池將存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。干電池是電化學(xué)電池的許多常規(guī)類(lèi)型之一。

干電池將電解質(zhì)固定為糊狀，其中只有足夠的水分以使電流流動(dòng)。與干電池不同，干電池可以在任何方向上操作而不會(huì)溢出，因?yàn)樗缓坞x液體。這種多功能性使其適用于便攜式設(shè)備。相比之下，第一批濕電池通常是易碎的玻璃容器，其引線桿從敞開(kāi)的頂部懸掛。因此，他們需要仔細(xì)處理以避免溢出。干電池的發(fā)展使電池的安全性和便攜性取得了重大進(jìn)步。

常見(jiàn)的干電池是鋅碳電池，它使用的電池有時(shí)稱為L(zhǎng)eclanché電池。電池由外部鋅容器組成，該鋅容器充當(dāng)陽(yáng)極。陰極是中央碳棒，被碳和二氧化錳(IV)(MnO 2)的混合物包圍。電解質(zhì)是氯化銨(NH 4 Cl)的糊狀物。纖維織物將兩個(gè)電極隔開(kāi)，位于電池中心的黃銅銷(xiāo)將電傳導(dǎo)到外部電路。

鋅碳干電池：鋅碳干電池的圖示。在其中，鋅殼充當(dāng)陽(yáng)極，包圍碳棒，碳棒充當(dāng)陰極。在它們之間，電解質(zhì)漿料充當(dāng)電池。電池的每個(gè)部分都會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以便進(jìn)行能量存儲(chǔ)。可以使用描述電子流的平衡化學(xué)方程式描述反應(yīng)。氯化銨糊劑根據(jù)以下半反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)：

2NH4(水)+2?-→2NH3(G)+H2(G)2NH4(水)+2?-→2NH3(G)+H2(G)電池中的錳(IV)氧化物根據(jù)以下反應(yīng)除去氯化銨產(chǎn)生的氫：

2二氧化錳2(s)+H2(G)→錳2?3(s)+H2?(升)2二氧化錳2(s)+H2(G)→錳2?3(s)+H2?(升)這兩個(gè)反應(yīng)的合并結(jié)果在陰極發(fā)生。將這兩個(gè)反應(yīng)加在一起，我們得到：

2NH4(水)+2二氧化錳2(s)+2?→錳2?3(s)+2NH3(G)+H2?(升)2NH4(水)+2二氧化錳2(s)+2?→錳2?3(s)+2NH3(G)+H2?(升)最后，陽(yáng)極半反應(yīng)如下：

鋅(s)→鋅2++2?-鋅(s)→鋅2++2?-因此，該單元格的總等式為：

鋅(s)+2二氧化錳2(s)+2NH4(水)→錳2?3(s)+H2?(升)+鋅2+2NH3(G)鋅(s)+2二氧化錳2(s)+2NH4(水)→錳2?3(s)+H2?(升)+鋅2+2NH3(G)上述反應(yīng)的電勢(shì)為1.50V。

干電池的另一個(gè)例子是堿性電池。堿性電池與鋅碳電池幾乎相同，不同之處在于所使用的電解質(zhì)是氫氧化鉀(KOH)而不是氯化銨。在某些容量比標(biāo)準(zhǔn)堿性電池低得多的所謂“高功率”電池中，氯化銨被氯化鋅代替。

汞電池

汞電池是一種常見(jiàn)的電化學(xué)電池，根據(jù)1996年的《電池法》在美國(guó)逐漸淘汰了其主流用途。

氧化汞電池的應(yīng)用

汞電池在20世紀(jì)非常普遍，并在許多常見(jiàn)的小型和大型電器中使用。

汞電池的優(yōu)勢(shì)包括其較長(zhǎng)的保質(zhì)期和穩(wěn)定的電壓輸出。

汞電池使用汞化合物作為陰極，并使用鋅陽(yáng)極。

汞法與其他依靠重金屬的電池一起被《電池法》淘汰，該法力求減少一次性電池對(duì)環(huán)境的影響。

陽(yáng)極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

電解質(zhì)：在溶液中或熔融時(shí)會(huì)電離并導(dǎo)電的物質(zhì)。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

汞電池，也稱為氧化汞電池或汞電池，是不可充電的電化學(xué)電池。這些電池以紐扣電池的形式用于手表，助聽(tīng)器和計(jì)算器，并以較大的形式用于其他設(shè)備(包括對(duì)講機(jī))。

汞手表電池：汞電池由于尺寸大而方便。這是一款小型手表水銀電池。汞電池具有長(zhǎng)達(dá)10年的超長(zhǎng)保質(zhì)期和穩(wěn)定的電壓輸出的優(yōu)勢(shì)。盡管這些電池在20世紀(jì)中葉非常普遍，但出于對(duì)環(huán)境的關(guān)注，1996年美國(guó)通過(guò)的《含汞和可充電電池管理法》(《電池法》)在很大程度上淘汰了汞電池。

汞電池使用純氧化汞或氧化汞與二氧化錳的混合物作為陰極。氧化汞電池由鋅陽(yáng)極，氧化汞陰極和氫氧化鉀或氫氧化鈉作為電解質(zhì)構(gòu)成。由于氧化汞是非導(dǎo)體，因此將一些石墨混入其中。這有助于防止汞收集成大滴。在放電過(guò)程中，鋅氧化為氧化鋅，氧化汞還原為元素汞。電池中會(huì)放一些多余的氧化汞，以防止氫氣在其使用壽命結(jié)束時(shí)放出。

在汞電池中，氫氧化鈉或氫氧化鉀用作電解質(zhì)。氫氧化鈉電池在低放電電流下具有幾乎恒定的電壓，使其成為助聽(tīng)器，計(jì)算器和電子表的理想選擇。氫氧化鉀電池又可在較高電流下提供恒定電壓，使其適合需要電涌的應(yīng)用，例如帶閃光燈的照相相機(jī)和帶背光的手表。氫氧化鉀電池在較低溫度下也具有更好的性能。

電池法

1996年，《含汞和可充電電池管理法》(《電池法》;公共法104-142)在美國(guó)簽署為法律。該法案的預(yù)期目標(biāo)是減少城市廢物，溪流和地下水中的重金屬。這是由于一次性電池中的汞以及其他有毒金屬(例如鉛酸電池中的鉛和可充電電池中的鎘)的處置所致。因此，該法律試圖逐步淘汰電池中汞的使用，因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境造成了破壞。

鉛蓄電池

鉛酸電池可提供大電流并能長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)電荷，因此對(duì)于車(chē)輛至關(guān)重要。

鉛酸電池，也稱為鉛蓄電池，可以存儲(chǔ)大量電荷并在短時(shí)間內(nèi)提供高電流。

自1859年P(guān)lanté設(shè)計(jì)鉛酸電池以來(lái)，其基本設(shè)計(jì)并未發(fā)生太大變化，盡管Faure進(jìn)行了一些改進(jìn)。

鉛酸電池可以充電，這對(duì)于在汽車(chē)中使用非常重要。

釋放存儲(chǔ)的能量依賴于正極板和負(fù)極板都變成硫酸鉛(II)，并且電解液損失了大部分溶解的硫酸。

木質(zhì)素磺酸鹽：水溶性陰離子聚電解質(zhì)聚合物;它們是使用亞硫酸鹽制漿生產(chǎn)木漿的副產(chǎn)品。

鉛電池

鉛蓄電池，也稱為鉛酸蓄電池，是最古老的可再充電電池，也是最常見(jiàn)的儲(chǔ)能設(shè)備之一。這些電池是法國(guó)物理學(xué)家加斯頓·普蘭特(GastonPlanté)于1859年發(fā)明的，至今仍在各種應(yīng)用中使用。大多數(shù)人習(xí)慣于在車(chē)輛中使用它們，因?yàn)樗麄冇心芰μ峁┐箅娏鱽?lái)提升動(dòng)力。

盡管電池是可靠的，但它們的壽命有限，運(yùn)輸時(shí)很重，并且含有有毒材料，需要在使用壽命結(jié)束時(shí)采取特殊的清除方法。鉛酸電池具有中等的功率密度和良好的響應(yīng)時(shí)間。取決于所采用的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，電池可以從接受能量到瞬間提供能量。鉛酸電池受溫度影響，必須維護(hù)以達(dá)到最大預(yù)期壽命。

設(shè)計(jì)鉛蓄電池

在Planté的鉛酸電池設(shè)計(jì)中，正極板和負(fù)極板由兩個(gè)螺旋狀的鉛箔制成，并用一塊布將其分開(kāi)，然后盤(pán)繞起來(lái)。電池最初容量低。需要緩慢的“成型”過(guò)程來(lái)腐蝕鉛箔，在板上形成二氧化鉛并使它們變粗糙以增加表面積。Planté板仍用于某些固定式應(yīng)用中，在這些固定式應(yīng)用中，將板機(jī)械開(kāi)槽以增加表面積。

鉛蓄電池：表示鉛蓄電池如何由六個(gè)串聯(lián)的兩個(gè)2伏電池組成的圖。還顯示了每個(gè)單元格的組成。Camille Alphonse Faure的粘貼板結(jié)構(gòu)是當(dāng)今汽車(chē)電池的典型代表。每塊板均由一個(gè)矩形的鉛柵組成。網(wǎng)格的孔充滿了紅鉛和33%的稀硫酸的糊劑。這種多孔糊狀物使酸與板內(nèi)部的鉛發(fā)生反應(yīng)，從而增加了表面積。干燥后，將板與合適的隔板堆疊在一起，然后插入電池容器中。通常使用奇數(shù)個(gè)極板，負(fù)極板比正極板多一個(gè)。每個(gè)備用板都已連接。

糊狀物包含炭黑，硫酸鋇和木質(zhì)素磺酸鹽。硫酸鋇用作硫酸鉛-硫酸鉛反應(yīng)的晶種。木質(zhì)素磺酸鹽可防止負(fù)極板在放電周期中形成固體，而可形成長(zhǎng)的針狀晶體。炭黑抵消了由木質(zhì)素磺酸鹽引起的抑制形成的作用。

放電化學(xué)

在放電狀態(tài)下，正極板和負(fù)極板均變?yōu)榱蛩徙U(II)(PbSO 4)。電解質(zhì)會(huì)損失掉大部分溶解的硫酸，主要變成水。放電過(guò)程是由電子從負(fù)極板傳導(dǎo)回外部電路中正極板上的電池驅(qū)動(dòng)的。

板反應(yīng)陰性：Pb(s)+ HSO 4 –(aq)→PbSO 4(s)+ H +(aq)+ 2e –

正極板反應(yīng)：PbO 2(s)+ HSO 4 –(水溶液)+ 3H +(aq)+ 2e – →PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)

結(jié)合這兩個(gè)反應(yīng)，可以確定總體反應(yīng)：

Pb(s)+ PbO 2(s)+ 2H +(aq)+ 2HSO 4 –(aq)→2PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)

電荷化學(xué)

這種類(lèi)型的電池可以充電。在充電狀態(tài)下，每個(gè)電池在大約4.2 M的硫酸(H 2 SO 4)電解質(zhì)中包含元素鉛(Pb)的負(fù)極板和氧化鉛(IV)(PbO 2)正極板。充電過(guò)程是通過(guò)強(qiáng)制將電子從正極板中移出并通過(guò)充電源將其強(qiáng)制引入負(fù)極板來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

板反應(yīng)陰性：PbSO 4(s)+ H +(aq)+ 2e – →Pb(s)+ HSO 4 –(aq)

正極板反應(yīng)：PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)→PbO 2(s)+ HSO 4 –(水溶液)+ 3H +(aq)+ 2e –

結(jié)合這兩個(gè)反應(yīng)，整體反應(yīng)與放電反應(yīng)相反：

2PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)→Pb(s)+ PbO 2(s)+ 2H +(aq)+ 2HSO 4 –(aq)

請(qǐng)注意，充電反應(yīng)與放電反應(yīng)完全相反。

其他可充電電池

對(duì)許多種類(lèi)的可再充電電池的需求是由于它們較低的成本和較低的環(huán)境影響。

可充電電池通過(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)存儲(chǔ)能量，這使電池耗盡后可以再次存儲(chǔ)電荷。

可充電電池的總使用成本和對(duì)環(huán)境的影響均低于一次性電池，這可能就是為什么美國(guó)對(duì)可充電電池的需求增長(zhǎng)快于對(duì)非可充電電池的需求的原因。

常見(jiàn)的充電電池類(lèi)型包括鉛酸，鎳鎘(NiCd)，鎳氫(NiMH)，鋰離子(Li-ion)，鋰離子聚合物(LiPo)和可充電堿性電池。

二次電池：可充電的電池，因?yàn)樗ㄟ^(guò)可逆的化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

能量密度：相對(duì)于電池體積可以存儲(chǔ)的能量量。

可充電電池

可再充電電池是由一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池組成的一種電池。由于其電化學(xué)反應(yīng)是電可逆的，因此被稱為二次電池。換句話說(shuō)，在耗盡存儲(chǔ)的電荷后，電池的化學(xué)反應(yīng)會(huì)反過(guò)來(lái)再次發(fā)生，以存儲(chǔ)新的電荷。美國(guó)對(duì)可充電電池的需求增長(zhǎng)速度是對(duì)非可充電電池的兩倍，部分原因是可充電電池對(duì)環(huán)境的影響和總使用成本低于一次性電池。

電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用將充電電池用于負(fù)載均衡。負(fù)載均衡涉及存儲(chǔ)電能以在峰值負(fù)載期間使用。通過(guò)在電力需求低時(shí)為電池充電以在電力需求高時(shí)使用，負(fù)載均衡有助于消除對(duì)昂貴的峰值發(fā)電廠的需求，并有助于在更長(zhǎng)的運(yùn)行小時(shí)內(nèi)降低發(fā)電機(jī)的成本。

充電電池構(gòu)造

與所有電池一樣，可充電電池由陽(yáng)極，陰極和電解質(zhì)組成。在充電期間，陽(yáng)極材料被氧化，產(chǎn)生電子，陰極被還原，消耗電子。

電池充電：電池充電圖。這些電子構(gòu)成了外部電路中的電流。電解質(zhì)可以用作電極之間內(nèi)部離子流動(dòng)的簡(jiǎn)單緩沖液(如鋰離子和鎳鎘電池)，也可以是電化學(xué)反應(yīng)的積極參與者(如鉛酸電池)。

可充電電池的類(lèi)型

充電電池中通常使用幾種不同的化學(xué)藥品組合。不同類(lèi)型包括鉛酸，鎳鎘(NiCd)，鎳金屬氫化物(NiMH)，鋰離子(Li-ion)，鋰離子聚合物(LiPo)和可充電堿性電池。

鉛酸電池

鉛酸電池是法國(guó)物理學(xué)家GastonPlanté于1859年發(fā)明的，是最古老的可充電電池。它們提供高浪涌電流的能力意味著電池保持相對(duì)較大的功率重量比。這些特征以及低成本使得它們對(duì)于需要大電流的機(jī)動(dòng)車(chē)輛具有吸引力。

鎳氫電池

鎳氫電池，簡(jiǎn)稱NiMH或Ni-MH，與鎳鎘電池(NiCd)非常相似。NiMH電池和NiCd一樣都使用羥基氧化鎳(NiOOH)的正極，但是負(fù)極使用吸氫合金代替鎘。NiMH電池的容量是同等大小的NiCd電池的兩到三倍，其能量密度接近鋰離子電池的能量密度。

鋰離子電池

鋰離子電池是一類(lèi)可再充電電池，其中鋰離子在放電過(guò)程中從負(fù)極移動(dòng)到正極，并在充電時(shí)從負(fù)極移動(dòng)到正極。常規(guī)鋰離子電池的負(fù)極由碳制成。正極是金屬氧化物，電解質(zhì)是有機(jī)溶劑中的鋰鹽。它們是便攜式電子設(shè)備中最受歡迎的可再充電電池之一，具有最佳的能量密度之一，并且在不使用時(shí)充電緩慢。鋰離子電池比NiCd電池更昂貴，但可以在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)體積更小，重量更輕。它們非常脆弱，因此需要保護(hù)電路來(lái)限制峰值電壓。

鋰離子聚合物電池

鋰離子聚合物(LiPo)電池通常由并聯(lián)的幾個(gè)相同的二次電池組成，以增加放電電流的能力。它們通常以串聯(lián)“包裝”的形式提供，以增加總的可用電壓。它們與鋰離子電池的主要區(qū)別在于它們的鋰鹽電解質(zhì)不保存在有機(jī)溶劑中。相反，它處于固體聚合物復(fù)合材料中，例如聚環(huán)氧乙烷或聚丙烯腈。LiPo優(yōu)于鋰離子設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)包括潛在的較低制造成本，對(duì)各種包裝形狀的適應(yīng)性，可靠性和堅(jiān)固性。它們的主要缺點(diǎn)是電荷較少。

堿性電池

還存在堿性電池的可充電形式，其是取決于鋅(Zn)和二氧化錳(MnO 2)之間反應(yīng)的一種原電池。它們?cè)谥圃爝^(guò)程中充滿電，能夠攜帶數(shù)年的電量，比大多數(shù)自放電的NiCd和NiMH電池更長(zhǎng)。與一次性電池相比，可充電堿性電池還可以具有較高的充電效率并且對(duì)環(huán)境的影響較小。

鋰離子電池

鋰離子電池是消費(fèi)電子產(chǎn)品中常用的可充電電池。他們依靠Li +遷移。

優(yōu)異的能量密度，無(wú)記憶效應(yīng)，以及不使用時(shí)僅緩慢失去電荷的特性，使鋰離子電池普遍用于消費(fèi)電子，軍事，電動(dòng)汽車(chē)和航空航天應(yīng)用。

陽(yáng)極通常是含鋰的化合物，而陰極通常是含碳的化合物。

放電反應(yīng)依賴于電解質(zhì)中的鋰離子從陰極中提取出來(lái)并移動(dòng)到陽(yáng)極，而在充電反應(yīng)中則相反。

陽(yáng)極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

電解質(zhì)：在溶液中或熔融時(shí)會(huì)電離并導(dǎo)電的物質(zhì)。

鋰離子電池(鋰離子電池或LIB)是一類(lèi)可再充電電池，其中，鋰離子在放電過(guò)程中會(huì)從負(fù)極移動(dòng)到正極。電池充電時(shí)，離子遵循相反的路徑。鋰離子電池使用鋰化合物作為電極材料。

鋰離子電池的用途

鋰離子電池在消費(fèi)電子產(chǎn)品中很常見(jiàn)。它們是便攜式電子設(shè)備中最受歡迎的可再充電電池之一，因?yàn)樗鼈兙哂凶罴训哪芰棵芏戎唬⑶以诓皇褂脮r(shí)充電緩慢。

筆記本電腦鋰離子電池：鋰離子電池非常適合用于便攜式電子產(chǎn)品，包括筆記本電腦。

除消費(fèi)電子領(lǐng)域外，LIB在軍事，電動(dòng)汽車(chē)和航空航天應(yīng)用中也越來(lái)越受歡迎。研究正在產(chǎn)生對(duì)傳統(tǒng)LIB技術(shù)的一系列改進(jìn)，重點(diǎn)是能量密度，耐用性，成本和安全性。

鋰離子電池的類(lèi)型

化學(xué)，性能，成本和安全性隨LIB的類(lèi)型而異。手持式電子產(chǎn)品大多使用基于鈷酸鋰(LCO)的LIB，該LIB具有高能量密度，但具有眾所周知的安全問(wèn)題，尤其是在損壞時(shí)。磷酸鐵鋰(LFP)，鋰錳氧化物(LMO)和鋰鎳錳鈷氧化物(LiNMC)電池具有較低的能量密度，但使用壽命更長(zhǎng)，并且具有固有的安全性。這些化學(xué)成分或化學(xué)物質(zhì)被廣泛用于為電動(dòng)工具和醫(yī)療設(shè)備供電。

充電與放電

鋰離子電池中電化學(xué)反應(yīng)的三個(gè)參與者是陽(yáng)極，陰極和電解質(zhì)。作為含鋰化合物的陽(yáng)極和作為含碳化合物的陰極都是鋰離子可遷移到其中的材料。電解質(zhì)是有機(jī)溶劑中的鋰鹽。當(dāng)鋰基電池放電時(shí)，正鋰離子會(huì)從陰極中提取出來(lái)并插入陽(yáng)極中，從而釋放出存儲(chǔ)的能量。電池充電時(shí)，會(huì)發(fā)生相反的情況。

陰極和陽(yáng)極材料

商業(yè)上最流行的陰極材料是石墨。陽(yáng)極通常是以下三種材料之一：層狀氧化物(例如鈷酸鋰)，聚陰離子(例如磷酸鐵鋰)或尖晶石(例如錳酸鋰)。電解質(zhì)通常是包含鋰離子絡(luò)合物的有機(jī)碳酸酯的混合物，例如碳酸亞乙酯或碳酸二乙酯。

在鋰離子電池中，鋰離子往返于陰極或陽(yáng)極傳輸。過(guò)渡金屬鈷(Co)在充電過(guò)程中從Co 3+氧化為Co 4+，在放電過(guò)程中從Co 4+還原為Co 3+。

燃料電池

燃料電池是電池的引人注目的替代品，但它們?nèi)蕴幱陂_(kāi)發(fā)的早期階段。

燃料電池是一種通過(guò)與氧氣或另一種氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

電池在密閉系統(tǒng)中工作，而燃料電池則需要補(bǔ)充其反應(yīng)物。

在燃料電池中使用氫作為主要燃料來(lái)源有許多優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這使其在主流用途方面一直存在爭(zhēng)議。

燃料電池由三個(gè)相鄰的部分組成：陽(yáng)極，電解質(zhì)和陰極。

陽(yáng)極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

燃料電池：一種通過(guò)與氧氣或其他氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

電池：通過(guò)兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的設(shè)備。

簡(jiǎn)介與歷史

燃料電池是通過(guò)與氧氣或另一種氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。氫是最常見(jiàn)的燃料，但有時(shí)會(huì)使用碳?xì)浠衔铮缣烊粴夂途凭Ｈ剂想姵嘏c電池的不同之處在于，它們需要恒定的燃料和氧氣來(lái)運(yùn)行，但是只要提供這些輸入，它們就可以連續(xù)發(fā)電。微型燃料電池的發(fā)展可以提供一種廉價(jià)，有效且可重復(fù)使用的電池替代品。

威廉·格羅夫(William Grove)在1839年開(kāi)發(fā)了第一批粗燃料電池。燃料電池的第一種商業(yè)用途是在NASA太空計(jì)劃中，以為探測(cè)器，衛(wèi)星和太空艙發(fā)電。當(dāng)前，燃料電池用于商業(yè)，工業(yè)和住宅建筑物以及偏遠(yuǎn)或無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域的主電源和備用電源。它們用于為燃料電池汽車(chē)提供動(dòng)力，包括汽車(chē)，公共汽車(chē)，叉車(chē)，飛機(jī)，輪船，摩托車(chē)和潛艇。

燃料電池的結(jié)構(gòu)與功能

燃料電池的類(lèi)型很多，但都由陽(yáng)極(負(fù)極)，陰極(正極)和電解質(zhì)(允許電荷在燃料電池的兩側(cè)之間移動(dòng))組成。

燃料電池：燃料電池通過(guò)與氧氣或其他氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但是，使用氫作為燃料電池中的主要燃料來(lái)源有很多利弊，這使其在主流用途中一直存在爭(zhēng)議。電子通過(guò)外部電路從陽(yáng)極吸引到陰極，產(chǎn)生直流電。燃料電池按其使用的電解質(zhì)分類(lèi)，這是各種類(lèi)型燃料電池之間的主要區(qū)別。單個(gè)燃料電池產(chǎn)生相對(duì)較小的電位(約0.7伏)，因此將電池“堆疊”或串聯(lián)放置以增加電壓。除電力外，燃料電池還產(chǎn)生水，熱量，并根據(jù)燃料來(lái)源產(chǎn)生非常少量的二氧化氮和其他排放物。燃料電池的能量效率通常在40%至60%之間;如果將余熱收集起來(lái)使用，則可達(dá)到85%。

盡管燃料電池類(lèi)型多種多樣，但它們都以相同的通用方式工作。在三個(gè)不同部分的界面處發(fā)生兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)。這兩個(gè)反應(yīng)的最終結(jié)果是消耗了燃料，產(chǎn)生了水或二氧化碳，并產(chǎn)生了電流，該電流可用于為電氣設(shè)備供電，通常稱為“負(fù)載”。

在陽(yáng)極處，催化劑將燃料(通常為氫)氧化，從而將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姷碾x子和帶負(fù)電的電子。電解質(zhì)是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的物質(zhì)，因此離子可以穿過(guò)電解質(zhì)，而電子不能穿過(guò)。釋放的電子穿過(guò)導(dǎo)線，產(chǎn)生電流。離子穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極。在那里，離子與電子重新結(jié)合，并且兩者與第三種化學(xué)物質(zhì)(通常是氧氣)反應(yīng)生成水或二氧化碳。

燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)

在某些應(yīng)用中，氫燃料電池的使用存在爭(zhēng)議。首先，由于能量用于產(chǎn)生氫比得上能量中的氫，它是低效率的，并且因此是昂貴的。如果使用傳統(tǒng)的發(fā)電廠生產(chǎn)氫氣，那么目前的污染率充其量不會(huì)有任何積極的變化。其他類(lèi)型的燃料電池則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。例如，生物燃料電池從食物殘?jiān)蝎@取葡萄糖和甲醇，然后將其轉(zhuǎn)化為氫和食物，以分解細(xì)菌。

但是，氫燃料電池有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。如果使用清潔的可再生能源(例如太陽(yáng)能和風(fēng)能)產(chǎn)生的電能來(lái)產(chǎn)生氫氣，則與大型電池組相比，該能量可以更容易地存儲(chǔ)。

還有一些實(shí)際問(wèn)題需要克服。盡管在不久的將來(lái)可能會(huì)在消費(fèi)產(chǎn)品中使用燃料電池，但是如果朝上放置，大多數(shù)當(dāng)前設(shè)計(jì)將無(wú)法使用。此外，當(dāng)前的燃料電池?zé)o法按比例縮小到便攜式設(shè)備(如手機(jī))所需的小尺寸。當(dāng)前的設(shè)計(jì)還需要排氣，因此不能在水下運(yùn)行。由于燃油可能會(huì)通過(guò)通風(fēng)孔泄漏，因此它們可能無(wú)法在飛機(jī)上使用。最后，用于安全消費(fèi)燃料電池的技術(shù)還沒(méi)有到位。

汽車(chē)中的燃料電池：燃料電池是不使用汽油行駛的汽車(chē)的潛在能源。然而，盡管燃料電池提供清潔的可再生能源，但其廣泛采用仍存在一些障礙。

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