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氢能源||燃料电池科学和工程的内在问题

2024-01-09科学

氢气是一种真正的燃料电池反应物,也就是说,在大多数燃料电池中,氢气在电流产生的反应中作为还原剂在阳极被氧化。氢气作为燃料电池工作的反应物,具有独特的性质。氢气的电化学活性较高,当氢气发生阳极氧化时,电极的极化损失很低(通常低于10mV)。因此,当氢气用作阳极还原剂(或燃料)时,阳极与燃料相关的能量损失也非常低,该能量损失远低于在阳极上使用其他还原剂时的能量损失,以及阴极使用任何氧化剂时相关的能量损失。

当然,在燃料电池中考虑使用氢气作为燃料时,必须注意以下两个问题。

(1)氢气并不是一种天然燃料,这意味着使用氢气作为燃料有悖于所有燃料电池工作的初衷,即将天然燃料的化学能直接转化为电能。

(2)氢气的处理、储存、从产地到用户的运输都是相当复杂的,这意味着使用氢气时燃料电池工作的另一目的,即提供高效、清洁的独立电源(包括移动电源和便携式电源)时,难以实现这一目的。

基于上述观点,为燃料电池的开发设定了下列几个目标。

(1)寻找能够将天然燃料转变为p和CO的方法。

(2)寻找生产氢气的化学方法,且产生的氢气能够方便地供给用作独立电源的燃料电池。

(3)寻找上述目标(1)和(2)中所制得的p和CO的提纯方法,以便能够满足在各种类型燃料电池中的应用。

(4)寻找方便的氢气处理、存储和运输的方法。