氫新能源燃料電池和鋰電池工作原理解析

來源：存能電氣  日期：2019-06-18 09:23  瀏覽量：次

　　氫新能源燃料電池和鋰電池工作原理解析。除了動(dòng)力鋰電池，作為新能源汽車的一個(gè)重要發(fā)展方向,氫燃料電池汽車無疑是當(dāng)下的一個(gè)熱門領(lǐng)域。氫燃料電池具有無污染，無噪音，高效率等優(yōu)點(diǎn)，所以這種電池一出現(xiàn)很快就受到了消費(fèi)者和各大車企的注意。

　　氫新能源燃料電池工作原理

　　氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。氫能源燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

　　氫能源燃料電池對(duì)環(huán)境無污染，它是通過電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒或儲(chǔ)能蓄電池方式，最典型的傳統(tǒng)后備電源方案，燃燒會(huì)釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的，整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。

　　氫燃料電池嚴(yán)格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對(duì)電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。

　　氫作為能源有許多優(yōu)越性。水通過光分解可制得氫，水的儲(chǔ)量很大，又比較低廉；氫燃料燃燒后又生成水，是一種燃燒無害、十分清潔的能源。氫在儲(chǔ)存、輸送上比電力損失小，而且氫燃燒熱值高，1千克氫燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于3千克汽油或4.5千克焦炭的發(fā)熱量。但是，在應(yīng)用中，氫的存儲(chǔ)與運(yùn)輸以及利用太陽能分解水制取氫，一直是制約氫能發(fā)展的瓶頸。

　　氫燃料電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散，并與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，釋放出的電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極，是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上氫燃料電池車無需充電，只需加氫。打個(gè)比方說，純電動(dòng)車的電池就像儲(chǔ)電站，而氫燃料電池就像發(fā)電站。

　　鋰電池工作原理解析

　　鋰電池的充放電過程就是Li+在正負(fù)極材料的嵌入和脫嵌并伴隨著能量的吸收和釋放的過程。給鋰離子電池充電：Li+從正極材料中脫嵌，經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極，吸收電子后嵌入負(fù)極材料中形成能量較高嵌入化合物。鋰離子電池放電：Li+從負(fù)極材料中脫嵌并釋放電子，Li+經(jīng)電解液達(dá)到正極，吸收電子后嵌入正極材料形成較為穩(wěn)定的嵌入化合物。

　　鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

　　當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

　　新能源汽車氫燃料電池與鋰電池誰能成為未來主流電池?氫燃料電池與鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)中，目前鋰電池在純電動(dòng)汽車占有優(yōu)勢(shì)。而氫燃料電池最大劣勢(shì)在高昂的制造成本。現(xiàn)階段兩種電池各有優(yōu)劣，只有適用的才是好的！