核燃料电池(核燃料电池百度百科)-趣虎号

大家好，关于核燃料电池很多朋友都还不太明白，今天小编就来为大家分享关于核燃料电池百度百科的知识，希望对各位有所帮助！

燃料电池主要核心部件是

燃料电池实际上是一个化学反应器，它把燃料同氧化剂反应的化学能直接转化为电能。它没有传统发电装置上的原动机驱动发电装置，也没有直接的燃烧过程。燃料和氧化剂从外部不断亩败输入，它就能不断地输出电能。它的反应物通常是氢和氧等燃料，它的副产品一般是无害的水和二氧化碳。燃料电池的工作不只靠电池本身，还需要燃料和氧化剂供应及反应产物排放等子系统与电池堆一起构成完整的燃料电池系统。

一、电极

实际应用的燃料电池，需要有足够高的电流密度，因而应提高电极反应的速率。燃料电池中的反应发生在电极表面(严格说是电极、气体和电解质组成的三相界面)上，氢气在阳极发生电极反应，产生的电子和质子分别通过外电路和电解质到达阴极，并在阴极与氧气反应生成水。电子经过外电路时输出了电能。

影响电极反应速率的主要因素是催化活性和电极表面积。燃料电池的电极不是简单的固体电极，而是所谓的多孔电极。多孔的表面积是电极几何面积的102一108倍。电极的催化活性对于低温燃料电池尤为重要，因为电极反应在低温时的速率很低。

另外燃料电池的电极还要求导电性好，耐高温和耐腐蚀。

二、电解质

燃料电池中电解质的主要作用是提供电极反应所需的离子、导电以及隔离两极的反应物质。与迅携颤一般电解质不同，燃料电池中的电解质或者本身没有流动性，或者被固定在多孔的基质中。

PEMFC的电解质是固态聚合物膜，允许质子通过，故称为质子交换膜。

AFC的电解质是KOH溶液，根据电池工作温度的不同(50一200cC)，KOH的浓度变化很大(35%一85%)。KOH被吸附在石棉基质中。KOH与COZ反应生成溶解度较低的KzCO，而造成堵塞，反应气体中的CO2需要去除。

PAFC使用接近100%的磷酸为电解质，浸在多孔sic陶瓷中。浓磷酸的热稳定性好，并可以吸收电极反应生成的水蒸气，因而PAFC的水管理简单。

MCFC的电解质是混合碳酸盐(LieCO,-K2CO,)，基质为LiAMO2陶瓷，导电的离子是CO;一。

SOFC的电解质是多孔金属氧化物，即Y2O,稳定的ZrO2，导电的离子是O2一。

三、双极板

阴极、阳极和电解质构成一个单个燃料电池，其工作电压约0.7V。为了获得实际需要的电压，须将几个、几十个甚至几百个燃料电池连接起来，称为电池堆。两个相邻的燃料电池通过一个双极板连接。双极板的一侧与前一个燃料电池的阳极相连，另一侧与后一个燃料电池的阴极连接(故称为双极板)。

双极板的主隐戚要作用有3个，即收集燃料电池产生的电流、向电极供应反应气体、阻止两极之间反应物质的渗透。另外，双极板还起到支撑、加固燃料电池的作用。

低温(小于300cC)燃料电池的双极板材料通常是石墨，高温燃料电池的双极板用不锈钢或导电陶瓷制作。不论用何种材料，双极板的设计和制作都是十分关键的。

什么是燃料电池

所谓“燃料电池”，从原理上讲，和传统的化学电池基本相同，也是通吵肢过电化学反应把物质的化学能转变为电能。所不同的绝碰带是：传统电池的内部物质事先充填好，化学反应结束后，不能再供电；而燃料并芦电池进行化学反应所用的物质是由外部不断充填的，因此，它能够源源不断地发电。这是燃料电池最显著的特征。

氢与燃料电池是什么关系

我们知道，除伏打电池外，所有化学能在转变成电能之前，几乎都要经过中间燃烧，先得到热能，再由热能转换成机械能驱动汽轮机发电，把机械能再转变成电能。由于通过这些中间环节，所以要损失许多能量，转变效率很低，一般的火力发电，消耗的燃料只有10％左右能转变成电力。而20世纪50年代诞生的燃料电池可以省掉中间燃烧等环节，直接让化学能变成电能。

简单地说，燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种将储存在燃料与氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。

为了更好地了解燃料电池，我们有必要明白“燃料”和“电池”这两个概念。

氢能的应用前面我们谈到过吵做，为了利用煤或石油这样的燃料来发电，必须先燃烧煤或石油。它们燃烧时产生的能量可以对水加热而使之变成蒸汽，蒸汽则可以用来使涡轮发电机在磁场中旋转。这样就产生了电流。也就是说，我们是把燃料的化学能转变为热能，然后把搜卜热能转换为电能。在这种双转换的过程中，许多原来的化学能浪费掉了。然而燃料非常便宜，这种浪费也不妨碍我们生产大量的电力，因而无需昂贵的费用，也还有可能把化学能直接转换为电能，而无需先转换为热能。为此，我们必须使用电池。这种电池由一种或多种化学溶液组成，其中插入两根称为电极的金属棒。每一电极上都进行特殊的化学反应，电子不是被释出就是被吸收。一个电极上的电势比另一个电极上的大，因此，如果这两个电极用一根导线连接起来，电子就会通过导线从一个电极流向另一个电极。这样的电子流就是电流，只要电池中进行化学反应，这种电流就会继续下去。手电筒的电池是这种电池的一个例子。在某些情况下，当一个电池用完了以后，人们迫使电流返回流入这个电池，电池内会反过来发生化学反应，因此，电池能够贮存化学能，并用于再次产生电流。汽车里的蓄电池就是这种可逆电池。在一个电池里，浪费的化学能要少得多，因为其中只通过一个步骤就将化学能转变为电能。然而，电池中的化学物质都是非常昂贵的。锌用来制造手电筒的电池。如果试图使用足够的锌或类似的金属来为整个城市准备电力，那么，一天就要花费数十亿美元。

核燃料电池(核燃料电池百度百科)(图1)

燃料电池是一种把燃料和电池两种概念结合在一起的装置。它是一种电池，但不需用昂贵的金属而只用便宜的燃料来进行化学反应。这些燃料的化学能也通过一个步骤就变为电能，比通常通过两步方式的能量损失少得多。于是，可以为人类提供的电量就大大地增加了。

燃料电池实质上是根据控制氢弹爆炸的理论设计的，太空船的太阳能板所聚集的电磁和太阳能将会转换成电能，而电能会用来慢慢地将存放在燃料电池内的氢置换成燃料。燃料电池内也含了一小部分受控制量的可进行核分裂的物质，这些物质依序用来与氢核进行核反应。核反应在燃料电池内进行，在太空旅程中提供高能量并加速离子引擎来推进太空船。在最后的旅程阶段，燃料电池提供了燃料火箭动力所需的氢。这整个过程受控在强大的电磁下，它能提供能量并且避免过量的能量外泄导致反应炉核心熔毁。核反应的一项副产物——热能，则被燃料电池的外壁吸收并转换成供给电脑、维生系统和其他必要功用的电能。

燃料电世碰穗池的结构和制造都比较简单。人们可以将含有氢的天然气等燃料从一根管道送进电池，将氧或氧化剂从另一根管道送进电池；天然气中的氢在有微孔的燃料电极上与氢氧化钾等碱性电解质进行氧化反应，生成带正电的离子和电子；电子通过电路进入氧化剂那边的微孔电极上，并在这个电极上与氧化剂及电解质进行还原反应，生成带负电的离子。这样，正负离子在电解质中结合，生成水蒸气并产生电能。因此只要不断将含有氢的燃料和氧化剂供给电池，并及时把电极在反应过程中产生的化合物(水)排出，就能通过燃料电池将燃料产生的化学能直接转换成电能，这一过程被称为电化学反应。

由于这种反应过程惟一的生成物是水，从而避免了火力发电站产生大量二氧化碳和二氧化硫等有害气体对环境的污染。也不像原子能发电站那样，必须处理带有放射性的核废料。

美国科学家最近研制出世界上最小的燃料电池，这种电池的直径只有3毫米，可以产生0.7伏的电压并能持续供电30个小时，这种燃料电池可以在不消耗电的情况下发电，它由4个部分组成。上一层是储水池，下层是一个装有金属氢化物的燃料堂，中间以一层薄膜隔开，在金属氢化物的燃料堂下方，还有一组电极。薄膜上还有许多小孔，使得储水池中的水分子可以以水蒸气的形式进入燃料堂，水分子进入燃料堂后，与金属氢化物发生化学反应并产生氢气。氢气随之会充满整个燃料堂，并向上冲击薄膜。阻止水流继续流入，然后氢气会在燃料堂下层的电极处发生化学反应，形成电流。