燃料電池的基本工作原理圖解

燃料電池的基本工作原理圖解

燃料電池是用一種特定的燃料，通過一種質子交換膜（PEMProtonExchangeMembrane）和催化層（CLCatalystLayer）而產生電流的一種裝置，這種電池只要外界源源不斷地供應燃料（例如氫氣或甲醇），就可以提供持續電能。它的工作原理，是利用一種叫質子交換膜的技術，使氫氣在覆蓋有催化劑的質子交換膜作用下，在陽極將氫氣催化分解成為質子，這些質子通過質子交換膜到達陰極，在氫氣的分解過程中釋放出電子，電子通過負載被引出到陰極，這樣就產生了電能。

在陽極經過質子交換膜和催化劑的作用，在陰極質子與氧和電子相結合產生水。也就是說燃料電池內部的氫與空氣中的氧進行化學反應，生成水的過程，同時產生了電流，也可以理解為是電解水的逆反應。

燃料電池在陽極除供應氫氣外，同時還收集氫質子（H＋），釋放電子；在陰極通過負載捕獲電子產生電能。質子交換膜的功能只是允許質子H＋通過，并與陰極中的氧結合產生水。這種水在反應過程中的溫度作用下，以水蒸氣的形式散發在空氣中（對汽車用的大功率燃料電池就要設置水的回收裝置）。注意，用氫作燃料電池所生成的是純凈水可以飲用，而用甲醇作燃料生成的水溶液中可能產生甲醛之類有毒物質不能飲用。圖1為燃料電池工作原理的示意圖。

根據上述燃料電池的工作原理，只要不斷地補充燃料，燃料電池就能不間斷地運行，提供電能。目前已有公司開發出筆桿形的小管裝載燃料的燃料電池（類似于打火機形式），不過裝載燃料的小管須經常更換，就容易使電極中的催化劑鉑（PtPLatinum）和釕（RuRuthenium）的粒子凝聚，性能發生老化，以致減少燃料電池的壽命，目前正在改進中。