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什么是氫能?

什么是氫能?: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-12-24

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氫能汽車(chē)是以氫為主要能量作為移動(dòng)的汽車(chē)。一般的內(nèi)燃機(jī)，通常注入柴油或汽油，氫汽車(chē)則改為使用氣體氫。燃料電池和電動(dòng)機(jī)會(huì)取代一般的引擎，即氫燃料電池的原理是把氫輸入燃料電池中，氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔，通過(guò)外電路從負(fù)極傳導(dǎo)到正極，成為電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；質(zhì)子卻可以通過(guò)質(zhì)子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。這樣有效減少了其他燃油的汽車(chē)造成的空氣污染問(wèn)題，高速車(chē)輛、巴士、潛水艇和火箭已經(jīng)在不同形式使用氫。另一方面能源從來(lái)都是個(gè)問(wèn)題，近年來(lái)，國(guó)際上以氫為燃料的“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”技術(shù)取得重大突破，而“燃料電池汽車(chē)”已成為推動(dòng)“氫經(jīng)濟(jì)”的發(fā)動(dòng)機(jī)。　　用氫氣作燃料有許多優(yōu)點(diǎn)，首先是干凈衛(wèi)生，氫氣燃燒后的產(chǎn)物是水，不會(huì)污染環(huán)境，其次是氫氣在燃燒時(shí)比汽油的發(fā)熱量高。在1965年，外國(guó)的科學(xué)家們就已設(shè)計(jì)出了能在馬路上行駛的氫能汽車(chē)。我國(guó)也在1980年成功地造出了第一輛氫能汽車(chē)，可乘坐12人，貯存氫材料90公斤。氫能汽車(chē)行車(chē)路遠(yuǎn)，使用的壽命長(zhǎng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是不污染環(huán)境。　　氫是可以取代石油的燃料，其燃燒產(chǎn)物是水和少量氮氧化合物，對(duì)空氣污染很少。氫氣可以從電解水、煤的氣化中大量制取，而且不需要對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大的改裝，因此氫能汽車(chē)具有廣闊的應(yīng)用前景。推廣氫能汽車(chē)需要解決三個(gè)技術(shù)問(wèn)題：大量制取廉價(jià)氫氣的方法，傳統(tǒng)的電解方法價(jià)格昂貴，且耗費(fèi)其他資源，無(wú)法推廣；解決氫氣的安全儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題；解決汽車(chē)所需的高性能、廉價(jià)的氫供給系統(tǒng)。目前常見(jiàn)的供給系統(tǒng)有三種，氣管定時(shí)噴射式、低壓缸內(nèi)噴射式和高壓缸內(nèi)噴射式。隨著儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展，可以為氫能汽車(chē)開(kāi)辟全新的途徑。而最近，科學(xué)家們研制的高效率氫燃料電池，更減小了氫氣損失和熱量散失。氫燃料電池工作原理燃料電池本質(zhì)是水電解的“逆”裝置，主要由3 部分組成，即陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)，如圖 1[3]。其陽(yáng)極為氫電極，陰極為氧電極。通常，陽(yáng)極和陰極上都含有一定量的催化劑，用來(lái)加速電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。兩極之間是電解質(zhì)。以質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）為例，其工作原理如下： (1) 氫氣通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陽(yáng)極； (2) 在陽(yáng)極催化劑的作用下，1 個(gè)氫分子解離為 2 個(gè)氫質(zhì)子，并釋放出 2 個(gè)電子，陽(yáng)極反應(yīng)為： H2→2H++2e。 (3) 在電池的另一端，氧氣（或空氣）通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陰極，在陰極催化劑的作用下，氧分子和氫離子與通過(guò)外電路到達(dá)陰極的電子發(fā)生反應(yīng)生成水，陰極反應(yīng)為：1/2O2+2H++2e→H2O 總的化學(xué)反應(yīng)為：H2+1/2O2＝H2O 電子在外電路形成直流電。因此，只要源源不斷地向燃料電池陽(yáng)極和陰極供給氫氣和氧氣，就可以向外電路的負(fù)載連續(xù)地輸出電能。 3 PEMFC 的特點(diǎn)及研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀燃料電池種類(lèi)較多，PEMFC 以其工作溫度低、啟動(dòng)快、能量密度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)特別適宜作為便攜式電源、機(jī)動(dòng)車(chē)電源和中、小型發(fā)電系統(tǒng)。 PEMFC 發(fā)電機(jī)由本體及其附屬系統(tǒng)構(gòu)成。本體結(jié)構(gòu)除上述核心單元外，還包括單體電池層疊時(shí)為防止汽、水泄漏而設(shè)置的密封件，以及壓緊各單體電池所需的緊固件等。附屬系統(tǒng)包括：燃料及氧化劑貯存及其循環(huán)單元，電池濕度、溫度調(diào)節(jié)單元，功率變換單元及系統(tǒng)控制單元。圖 2 是一個(gè)典型的PEMFC 發(fā)電系統(tǒng)示意圖[4]。 (1) PEMFC 作為移動(dòng)式電源的應(yīng)用 PEMFC 作為移動(dòng)式電源的應(yīng)用領(lǐng)域分為兩大類(lèi)：一是可用作便攜式電源、小型移動(dòng)電源、車(chē)載電源等。適用于軍事、通訊、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，以滿(mǎn)足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。實(shí)際應(yīng)用是手機(jī)電池、筆記本電腦等便攜電子設(shè)備、軍用背負(fù)式通訊電源、衛(wèi)星通訊車(chē)載電源等。二是用作自行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)等交通工具的動(dòng)力電源，以滿(mǎn)足環(huán)保對(duì)車(chē)輛排放的要求。從目前發(fā)展情況看，PEMFC 是技術(shù)最成熟的電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電源。氫能與質(zhì)子交換膜燃料電池來(lái)自: 第一范文網(wǎng) 國(guó)際上，PEMFC 研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)是加拿大 Ballard 能源系統(tǒng)公司。美國(guó) H-Power 公司于 1996 年研制出世界上第一輛以 PEMFC 發(fā)電機(jī)為動(dòng)力源的大巴士[5]。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)燃料電池電動(dòng)車(chē)的研發(fā)也極為重視: 回答者：網(wǎng)友

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