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燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接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”。
2014年2月19日据物理学家组织网报道，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。

技术原理
燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。
燃料电池
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池
氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。电极应为： 负极：H2 +2OH-→2H2O +2e-
正极：1/2O2 H2O 2e-→2OH-
电池反应：H2 1/2O2==H2O
另外，只有燃料电池本体还不能工作，
燃料电池
必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。
燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中通过。
在实用的燃料电池中因工作的电解质不同，经过电解质与反应相关的离子种类也不同。PAFC和PEMFC反应中与氢离子（H ）旁桥相关，发生的反应为：
燃料极：H2=2H 2e-（1）
空气极：2H 1/2O2 2e-=H2O（2）
全体：H2 1/2O2=H2O（3）
氢氧燃料电池组成和反应循环图
在燃料极中，供给的燃料气体中的H2分解成H 和e-，H 移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式凳告中的反应式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外没有其他的反应，H2所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能的比例。 引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。
PAFC的电解质为浓磷酸水溶液，而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均采用碳的多孔体，为了促进反应，以Pt作为触媒，燃料气体中的CO将造成中毒，降低电极性能。为此，在PAFC和PEMFC应用中必须限制燃料气体中含有的CO量，特别是对于低温工作的PEMFC更应严格地加以限制。
磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。
相对PAFC和PEMFC，高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒，以CO为主要成份的煤气化气体可以直接作为燃料应用，而且还具有易于利用其高质量排气构成联合循环发电等特点。
MCFC主构成部件。含有电极反应相关的电解质（通常是为Li与K混合的碳酸盐）和上枣启明下与其相接的2块电极板（燃料极与空气极），以及两电极各自外侧流通燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等，电解质在MCFC约600~700℃的工作温度下呈现熔融状态的液体，形成了离子导电体。电极为镍系的多孔质体，气室的形成采用抗蚀金属。
MCFC工作原理。空气极的O2（空气）和CO2与电相结合，生成CO23-（碳酸离子），电解质将CO23-移到燃料极侧，与作为燃料供给的H 相结合，放出e-，同时生成H2O和CO2。化学反应式如下：
燃料极：H2 CO23-=H2O 2e- CO2（4）
空气极：CO2 1/2O2 2e-=CO23-（5）
全体：H2 1/2O2=H2O（6）
在这一反应中，e-同在PAFC中的情况一样，它从燃料极被放出，通过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的流动实现了燃料电池发电。另外，MCFC的最大特点是，必须要有有助于反应的CO23-离子，因此，供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，从而将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的方法也已开发出来了。而在燃料是煤气的情况下，其主成份CO和H2O反应生成H2，因此，可以等价地将CO作为燃料来利用。为了获得更大的出力，隔板通常采用Ni和不锈钢来*。
SOFC是以陶瓷材料为主构成的，电解质通常采用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3（氧化钇）作为稳定化的YSZ（稳定化氧化锆）而采用。电极中燃料极采用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极采用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板采用LaCrO3(氧化镧铬)。为了避免因电池的形状不同，电解质之间热膨胀差造成裂纹产生等，开发了在较低温度下工作的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池一样的平板型外，还有开发出了为避免应力集中的圆筒型。SOFC的反应式如下：
燃料极：H2 O2-=H2O 2e-（7）
空气极：1/2O2 2e-=O2-（8）
全体：H2 1/2O2=H2O（9）
燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反应生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。全体同其他燃料电池一样由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其属于高温工作型，因此，在无其他触媒作用的情况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以利用，并且煤气的主要成份CO可以直接作为燃料利用。

简单地说，电池的工作原理就是电池内部的物质发生了氧化还原反应。形成闭合回路以后，有电流流通，这样就加速了两种反应物的催化分解。
希望可以帮到你。

Kaiyang Niu (左)和Haimei Zheng是这项研究的主要研究人员，他们手中拿着的小药瓶中装的是金属有机材料合成的光催化剂，可以有效地使二氧化碳转化成燃料。（图片来源：MARILYN CHUNG / BERKELEY LAB）

来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和新加坡南洋理工大学的科学家团队们发现了一种光册桥山激活的过程，可以使二氧化碳转化为一氧化碳，并且不会产生任何有毒的副产品，堪称双赢。

这个成就被称赞为是寻求能利用太阳能来减少全球温室气体排放，并且能创造出可用燃料的关键一步。

研究人员由来自伯克利实验室的Haimei Zheng共同领导，创建了一种镍有机光催化剂，制成一种类似金属有机骨架的基质（称作MOF），是一个由金属离子和聚合物组成的三维结构，可以用于氢气或二氧化碳的储存。

该团队基于镍的基质与标准的MOF有很大的不同。MOF是刚性的，而新的材料则包含了许多“柔性”的链接，这便赋予了其海绵般的特性，大大提高了它以更高的效率将一种气体转换为另一种气体的能力。

研究小组在《科学进展》杂志上发表了一篇文章，报告了这种材料，并指出，当这个材料处在反应室中时，它能将二氧化碳“完全”转化为一氧化碳。

“我们展示了CO生产的近100%选择性，而反应结束后并没有发现氢气或甲烷等会发生竞争反应的气体产品，”Zheng表示，“这是一个大问题。在减少二氧化碳的过程中，你希望得到的只是一种产品，而不是混合着不同物质的产品。在这项研究之前，在光催化的co2到co转换过程，研究人员需要完全抑制氢的产生。”

Zheng和他同事为了创建镍有机催化剂，首先在三乙二醇溶液中溶解了镍的前消肆驱物。然后，研究人员将生成物暴露在一个不聚焦的红色激光上，令金属开始吸收光线。

研究人员发现，改变激光的波长州中会生产不同的复合物。基于这一点，研究人员便可以判断哪些化学反应是由热催化的，哪些是由光催化的。

通过使用气相色谱和质谱法测量所选的镍复合材料的性能，他们发现在室温下每保持一小时一克材料，就能够产生400毫升的一氧化碳。

海绵镍有机光催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳的过程。（图片来源：KAIYANG NIU AND HAIMEI ZHENG / BERKELEY LAB）

该材料不仅在操作上表现出了高效性和选择性，同时也展示出了相当大的鲁棒性，这便表明，当它被放大时，它将能承受长时间的高容量使用。

该小组的工作可能会使世界以更有效且更有利可图的方式，来接近缓解气候变化的紧迫目标。

将二氧化碳转化为一氧化碳是该领域的一个热门研究目标。例如，在2015年，加州大学伯克利分校的一个研究小组提出了使用电气化的钴卟啉来进行转换的方法。

将二氧化碳转化为可交易的商品被视为是解决全球变暖问题的关键因素。“碳X奖”的赞助表明了这一研究的潜在好处，该奖项提供了总计2000万美元资金，包括一项750万美元的奖金，旨在促进研究出能有效地将二氧化碳从问题转化为利润的解决方案。

?“现在的世界需要创新的方法来寻求替代化石燃料的物质，并遏制大气中过量的二氧化碳，”Zheng表示，“利用太阳能将二氧化碳转化为燃料是一项全球性的研究工作。我们在这里展示的海绵镍有机光催化剂是利用太阳能为高价值多碳燃料的实际生产迈出的关键一步。”

蝌蚪五线谱编译自co*o*agazine，译者 土豆同学，转载须授权

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应该有催化作用，因为毕竟是在常温下反应。而且白金在其它领域也常做催化剂。燃料电池的原理是有一层特殊的膜，它能允许离子通过，却不允许电子指闭通御好过。当氢气和氧气在膜两边相遇时，氢的电子不能被氧直接夺走，因为电子被膜挡唯拆裂着，过不去，但失去电子的氢离子却可以过去和氧离子挨着。电子就通过导线、电控装置、电机，做功以后再绕过膜来到氧离子里，于是氢气氧气就正式结合为水了。其实就是强迫电子“走弯路”做功。 懂了吧，呵呵。

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