氢燃料电池原理解析 氢燃料电池原理解析题

氢燃料电池的历史非常早。公元1845年，英国科学家威廉格罗夫（William Grove）制造出第一块氢燃料电池，证明了在一定条件下，氢和氧结合可以产生水，同时产生电流。

氢燃料电池原理：

通过向燃料电池的正极供应氢气和向负极供应氧气，在正极和负极之间添加隔膜。在催化剂的作用下，氢原子外层的电子会发生离解，成为电子和氢离子。因为只有氢离子可以通过膜，所以电子被阻挡在膜外。在连续反应下，电子不断积累。这时，一根导线接在正极上，电子在电压的驱动下跑向正极。即输出电流。

由于氢离子实际上是质子，因此该膜也称为“质子交换膜”。由于一个薄膜左右两侧的压差比较小，通常只有0.5V-1.0V，所以需要在正负电极之间增加数百个薄膜结构才能获得高压。为了保证催化剂的活性，在电动汽车使用的燃料电池中，电池的工作温度一般在90摄氏度左右。在这个电化学反应过程中，化学能转化为电能的效率最高可达80%，远高于内燃机的40%。

其中催化剂采用金属铂，氢气纯度（99.99%）极高，否则反应效率会大大降低。但作为贵金属，价格居高不下，导致氢燃料电池成本居高不下。

以丰田Mirai 氢燃料电池车为例。主要结构由燃料电池、储氢罐、驱动电机、储能电池组成。通过加氢、电化学反应、产生电流、输入电池、驱动车辆，本质上就是电动汽车。车。但结构较纯电动汽车复杂，整车制造成本也较高。

氢燃料电池汽车是骗局吗？

使用氢燃料电池汽车绝对环保。除了产生电流外，电化学反应是水。然而，氢是一种二次能源。自然界中没有可以直接利用的氢气，制氢过程中也存在环境问题。目前，我国制氢仍以“灰氢”为主，“蓝氢”为辅。煤制氢、天然气制氢和工业副产品制氢分别占62%、19%和18%。

“灰氢”是指利用石油、天然气、煤等化石燃料的传统方法制氢。该路线是目前成本最低、效率最高的制氢方法，但无法达到减碳的效果；

“蓝氢”在“灰氢”的基础上，搭载碳捕集和碳储存技术（CCS技术），降低碳排放强度，但由于增加了设备，成本增加；

“绿氢”主要是利用电解水制氢。这种方法需要大量的电能。制氢过程完全没有碳排放，但成本相对较高。

根据2021年的数据，我国火电发电占比高达70%。虽然比例逐年下降，但绿色电力的比例还不够大，不足以产生经济效益和环境效益。既然没有绿色电力，就没有真正的“绿色氢”。这和你们很多人抱怨纯电动车用电不环保是一样的道理。消耗电能制备氢气，再通过电化学反应产生电能来驱动车辆，这让很多人觉得是多余的。根据国家规划，鼓励发展纯电动和氢能源，但不是在乘用车领域，而是在中重型车、客车、卡车等新能源客货车领域，以及如船舶和飞机。