氫燃料電池原理解析 氫燃料電池原理解析題

氫燃料電池的歷史非常早。公元1845年，英國科學家威廉格羅夫（William Grove）制造出第一塊氫燃料電池，證明了在一定條件下，氫和氧結合可以產生水，同時產生電流。

氫燃料電池原理：

通過向燃料電池的正極供應氫氣和向負極供應氧氣，在正極和負極之間添加隔膜。在催化劑的作用下，氫原子外層的電子會發生離解，成為電子和氫離子。因為只有氫離子可以通過膜，所以電子被阻擋在膜外。在連續反應下，電子不斷積累。這時，一根導線接在正極上，電子在電壓的驅動下跑向正極。即輸出電流。

由于氫離子實際上是質子，因此該膜也稱為“質子交換膜”。由于一個薄膜左右兩側的壓差比較小，通常只有0.5V-1.0V，所以需要在正負電極之間增加數百個薄膜結構才能獲得高壓。為了保證催化劑的活性，在電動汽車使用的燃料電池中，電池的工作溫度一般在90攝氏度左右。在這個電化學反應過程中，化學能轉化為電能的效率最高可達80%，遠高于內燃機的40%。

其中催化劑采用金屬鉑，氫氣純度（99.99%）極高，否則反應效率會大大降低。但作為貴金屬，價格居高不下，導致氫燃料電池成本居高不下。

以豐田Mirai 氫燃料電池車為例。主要結構由燃料電池、儲氫罐、驅動電機、儲能電池組成。通過加氫、電化學反應、產生電流、輸入電池、驅動車輛，本質上就是電動汽車。車。但結構較純電動汽車復雜，整車制造成本也較高。

氫燃料電池汽車是騙局嗎？

使用氫燃料電池汽車絕對環保。除了產生電流外，電化學反應是水。然而，氫是一種二次能源。自然界中沒有可以直接利用的氫氣，制氫過程中也存在環境問題。目前，我國制氫仍以“灰氫”為主，“藍氫”為輔。煤制氫、天然氣制氫和工業副產品制氫分別占62%、19%和18%。

“灰氫”是指利用石油、天然氣、煤等化石燃料的傳統方法制氫。該路線是目前成本最低、效率最高的制氫方法，但無法達到減碳的效果；

“藍氫”在“灰氫”的基礎上，搭載碳捕集和碳儲存技術（CCS技術），降低碳排放強度，但由于增加了設備，成本增加；

“綠氫”主要是利用電解水制氫。這種方法需要大量的電能。制氫過程完全沒有碳排放，但成本相對較高。

根據2021年的數據，我國火電發電占比高達70%。雖然比例逐年下降，但綠色電力的比例還不夠大，不足以產生經濟效益和環境效益。既然沒有綠色電力，就沒有真正的“綠色氫”。這和你們很多人抱怨純電動車用電不環保是一樣的道理。消耗電能制備氫氣，再通過電化學反應產生電能來驅動車輛，這讓很多人覺得是多余的。根據國家規劃，鼓勵發展純電動和氫能源，但不是在乘用車領域，而是在中重型車、客車、卡車等新能源客貨車領域，以及如船舶和飛機。