燃料电池原理(氢燃料电池是怎样的工作原理)

这个说起来有点话长，我们先来看下电动汽车的瓶颈。科技发展总是来来回回好多次，遇到大瓶颈，科学家们会换个方向和角度去钻研，科技树才这么螺旋着上升~

电池的发展方向是「相同的体积下，装载更多的能量」，用锂离子电池存储电能的电动汽车也一样，它提供电能的反应物都在电池内部，现有的技术也只能是靠电池越多，车子才能蓄越多的电。但毕竟汽车在路上开，体积有限，带更多电池，在汽车上就占地更大了。

电动汽车受限于电池实体，现在的瓶颈也只能是充电几小时，跑个几百公里，然后再找充电桩继续充上几小时...自驾游最多去个郊区，还得问问农舍有没有充电桩跑回来...

燃料电池的机会

这时候又有科学家开始想，能不能打破「电动汽车充电时间长，续航能力短」的限制？

在相同的汽车体积下，如果把电能转化设备做小，直接改由外设装备去提供电能反应物，就跟烧燃料一样，源源不断地输入电池内部，转化成电能，续航能力岂不是可以大幅度提升，简直棒棒！这就是最近上路的「燃料电池」汽车的发展路线了。

氢燃料电池原理

氢燃料电池是利用氢气作为燃料，但这里不再是拿来直接烧，而是通过催化剂将化学能直接转化为电能，没有了无效热能的散失这个过程，能量转化率理论上高达 85~90 %，实验室可以达到 60%！

氢燃料电池汽车

目前氢燃料电池汽车采用的储氢方式是高压气态储瓶，分为 35 和 70 MPa 这两种。高压状态的氢气在实际的使用过程中，需要经过下图白色的减压装置（收集空气），然后才被分别输送到下图蓝色的电池反应堆中。

这里的电池反应堆会用到「质子交换膜」技术，氢气在催化剂的作用下分解成质子H+ 和电子 e- ，质子通过质子交换膜到达阴极，而氧气被催化剂还原，并与电子和质子结合生成水。

电子被双极板收集，通过外电路流向阴极，从而产生电能，将电能输送到驱动器，你就可以把车子发动啦~

由于氢能源的反应产物仅为水，不会产生其他废气，所以相比其他能源太绿色环保了。

我是 Cast，学机械设计的
好奇各种东西都咋做的？我来带你看个究竟！

特别感谢（本文顾问）夙绯，物理化学专业，课题组目前研究方向太阳能电池和光电催化

校对江小丧、王叉叉

文中 Gif 来源与参考文献

1. 来自 YouTube 博主 sunartscience 的《氢能车原理》

2. 化学2 必修、选修2、选修4

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5. 王丽, 刘斌. 氢能源汽车的关键技术分析及对策探讨[J]. 工程研究-跨学科视野中的工程, 2017, 9(5):4养老-445.

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7. Jiang F, Gunaan, Harada T, et al. Pt/In2S3/CdS/Cu2ZnSnS4 Thin Film as an Efficient and Stable Photocathode for Water Reduction under Sunlight Radiation.[J]. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137(42):13691-13697.

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