干電池

干電池使用固定化的電解質(zhì)，可最大程度減少水分并具有出色的便攜性。

定義干電池

在電力中，電池是由一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池組成的設(shè)備，該電化學(xué)電池將存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。干電池是電化學(xué)電池的許多常規(guī)類型之一。

干電池將電解質(zhì)固定為糊狀，其中只有足夠的水分以使電流流動(dòng)。與干電池不同，干電池可以在任何方向上操作而不會(huì)溢出，因?yàn)樗缓坞x液體。這種多功能性使其適用于便攜式設(shè)備。相比之下，第一批濕電池通常是易碎的玻璃容器，其引線桿從敞開的頂部懸掛。因此，他們需要仔細(xì)處理以避免溢出。干電池的發(fā)展使電池的安全性和便攜性取得了重大進(jìn)步。

常見的干電池是鋅碳電池，它使用的電池有時(shí)稱為L(zhǎng)eclanché電池。電池由外部鋅容器組成，該鋅容器充當(dāng)陽極。陰極是中央碳棒，被碳和二氧化錳(IV)(MnO 2)的混合物包圍。電解質(zhì)是氯化銨(NH 4 Cl)的糊狀物。纖維織物將兩個(gè)電極隔開，位于電池中心的黃銅銷將電傳導(dǎo)到外部電路。

鋅碳干電池：鋅碳干電池的圖示。在其中，鋅殼充當(dāng)陽極，包圍碳棒，碳棒充當(dāng)陰極。在它們之間，電解質(zhì)漿料充當(dāng)電池。電池的每個(gè)部分都會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以便進(jìn)行能量存儲(chǔ)?？梢允褂妹枋鲭娮恿鞯钠胶饣瘜W(xué)方程式描述反應(yīng)。氯化銨糊劑根據(jù)以下半反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)：

2NH4(水)+2?-→2NH3(G)+H2(G)2NH4(水)+2?-→2NH3(G)+H2(G)電池中的錳(IV)氧化物根據(jù)以下反應(yīng)除去氯化銨產(chǎn)生的氫：

2二氧化錳2(s)+H2(G)→錳2?3(s)+H2?(升)2二氧化錳2(s)+H2(G)→錳2?3(s)+H2?(升)這兩個(gè)反應(yīng)的合并結(jié)果在陰極發(fā)生。將這兩個(gè)反應(yīng)加在一起，我們得到：

2NH4(水)+2二氧化錳2(s)+2?→錳2?3(s)+2NH3(G)+H2?(升)2NH4(水)+2二氧化錳2(s)+2?→錳2?3(s)+2NH3(G)+H2?(升)最后，陽極半反應(yīng)如下：

鋅(s)→鋅2++2?-鋅(s)→鋅2++2?-因此，該單元格的總等式為：

鋅(s)+2二氧化錳2(s)+2NH4(水)→錳2?3(s)+H2?(升)+鋅2+2NH3(G)鋅(s)+2二氧化錳2(s)+2NH4(水)→錳2?3(s)+H2?(升)+鋅2+2NH3(G)上述反應(yīng)的電勢(shì)為1.50V。

干電池的另一個(gè)例子是堿性電池。堿性電池與鋅碳電池幾乎相同，不同之處在于所使用的電解質(zhì)是氫氧化鉀(KOH)而不是氯化銨。在某些容量比標(biāo)準(zhǔn)堿性電池低得多的所謂“高功率”電池中，氯化銨被氯化鋅代替。

汞電池

汞電池是一種常見的電化學(xué)電池，根據(jù)1996年的《電池法》在美國(guó)逐漸淘汰了其主流用途。

氧化汞電池的應(yīng)用

汞電池在20世紀(jì)非常普遍，并在許多常見的小型和大型電器中使用。

汞電池的優(yōu)勢(shì)包括其較長(zhǎng)的保質(zhì)期和穩(wěn)定的電壓輸出。

汞電池使用汞化合物作為陰極，并使用鋅陽極。

汞法與其他依靠重金屬的電池一起被《電池法》淘汰，該法力求減少一次性電池對(duì)環(huán)境的影響。

陽極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

電解質(zhì)：在溶液中或熔融時(shí)會(huì)電離并導(dǎo)電的物質(zhì)。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

汞電池，也稱為氧化汞電池或汞電池，是不可充電的電化學(xué)電池。這些電池以紐扣電池的形式用于手表，助聽器和計(jì)算器，并以較大的形式用于其他設(shè)備(包括對(duì)講機(jī))。

汞手表電池：汞電池由于尺寸大而方便。這是一款小型手表水銀電池。汞電池具有長(zhǎng)達(dá)10年的超長(zhǎng)保質(zhì)期和穩(wěn)定的電壓輸出的優(yōu)勢(shì)。盡管這些電池在20世紀(jì)中葉非常普遍，但出于對(duì)環(huán)境的關(guān)注，1996年美國(guó)通過的《含汞和可充電電池管理法》(《電池法》)在很大程度上淘汰了汞電池。

汞電池使用純氧化汞或氧化汞與二氧化錳的混合物作為陰極。氧化汞電池由鋅陽極，氧化汞陰極和氫氧化鉀或氫氧化鈉作為電解質(zhì)構(gòu)成。由于氧化汞是非導(dǎo)體，因此將一些石墨混入其中。這有助于防止汞收集成大滴。在放電過程中，鋅氧化為氧化鋅，氧化汞還原為元素汞。電池中會(huì)放一些多余的氧化汞，以防止氫氣在其使用壽命結(jié)束時(shí)放出。

在汞電池中，氫氧化鈉或氫氧化鉀用作電解質(zhì)。氫氧化鈉電池在低放電電流下具有幾乎恒定的電壓，使其成為助聽器，計(jì)算器和電子表的理想選擇。氫氧化鉀電池又可在較高電流下提供恒定電壓，使其適合需要電涌的應(yīng)用，例如帶閃光燈的照相相機(jī)和帶背光的手表。氫氧化鉀電池在較低溫度下也具有更好的性能。

電池法

1996年，《含汞和可充電電池管理法》(《電池法》;公共法104-142)在美國(guó)簽署為法律。該法案的預(yù)期目標(biāo)是減少城市廢物，溪流和地下水中的重金屬。這是由于一次性電池中的汞以及其他有毒金屬(例如鉛酸電池中的鉛和可充電電池中的鎘)的處置所致。因此，該法律試圖逐步淘汰電池中汞的使用，因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境造成了破壞。

鉛蓄電池

鉛酸電池可提供大電流并能長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)電荷，因此對(duì)于車輛至關(guān)重要。

鉛酸電池，也稱為鉛蓄電池，可以存儲(chǔ)大量電荷并在短時(shí)間內(nèi)提供高電流。

自1859年P(guān)lanté設(shè)計(jì)鉛酸電池以來，其基本設(shè)計(jì)并未發(fā)生太大變化，盡管Faure進(jìn)行了一些改進(jìn)。

鉛酸電池可以充電，這對(duì)于在汽車中使用非常重要。

釋放存儲(chǔ)的能量依賴于正極板和負(fù)極板都變成硫酸鉛(II)，并且電解液損失了大部分溶解的硫酸。

木質(zhì)素磺酸鹽：水溶性陰離子聚電解質(zhì)聚合物;它們是使用亞硫酸鹽制漿生產(chǎn)木漿的副產(chǎn)品。

鉛電池

鉛蓄電池，也稱為鉛酸蓄電池，是最古老的可再充電電池，也是最常見的儲(chǔ)能設(shè)備之一。這些電池是法國(guó)物理學(xué)家加斯頓·普蘭特(GastonPlanté)于1859年發(fā)明的，至今仍在各種應(yīng)用中使用。大多數(shù)人習(xí)慣于在車輛中使用它們，因?yàn)樗麄冇心芰μ峁┐箅娏鱽硖嵘齽?dòng)力。

盡管電池是可靠的，但它們的壽命有限，運(yùn)輸時(shí)很重，并且含有有毒材料，需要在使用壽命結(jié)束時(shí)采取特殊的清除方法。鉛酸電池具有中等的功率密度和良好的響應(yīng)時(shí)間。取決于所采用的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，電池可以從接受能量到瞬間提供能量。鉛酸電池受溫度影響，必須維護(hù)以達(dá)到最大預(yù)期壽命。

設(shè)計(jì)鉛蓄電池

在Planté的鉛酸電池設(shè)計(jì)中，正極板和負(fù)極板由兩個(gè)螺旋狀的鉛箔制成，并用一塊布將其分開，然后盤繞起來。電池最初容量低。需要緩慢的“成型”過程來腐蝕鉛箔，在板上形成二氧化鉛并使它們變粗糙以增加表面積。Planté板仍用于某些固定式應(yīng)用中，在這些固定式應(yīng)用中，將板機(jī)械開槽以增加表面積。

鉛蓄電池：表示鉛蓄電池如何由六個(gè)串聯(lián)的兩個(gè)2伏電池組成的圖。還顯示了每個(gè)單元格的組成。Camille Alphonse Faure的粘貼板結(jié)構(gòu)是當(dāng)今汽車電池的典型代表。每塊板均由一個(gè)矩形的鉛柵組成。網(wǎng)格的孔充滿了紅鉛和33%的稀硫酸的糊劑。這種多孔糊狀物使酸與板內(nèi)部的鉛發(fā)生反應(yīng)，從而增加了表面積。干燥后，將板與合適的隔板堆疊在一起，然后插入電池容器中。通常使用奇數(shù)個(gè)極板，負(fù)極板比正極板多一個(gè)。每個(gè)備用板都已連接。

糊狀物包含炭黑，硫酸鋇和木質(zhì)素磺酸鹽。硫酸鋇用作硫酸鉛-硫酸鉛反應(yīng)的晶種。木質(zhì)素磺酸鹽可防止負(fù)極板在放電周期中形成固體，而可形成長(zhǎng)的針狀晶體。炭黑抵消了由木質(zhì)素磺酸鹽引起的抑制形成的作用。

放電化學(xué)

在放電狀態(tài)下，正極板和負(fù)極板均變?yōu)榱蛩徙U(II)(PbSO 4)。電解質(zhì)會(huì)損失掉大部分溶解的硫酸，主要變成水。放電過程是由電子從負(fù)極板傳導(dǎo)回外部電路中正極板上的電池驅(qū)動(dòng)的。

板反應(yīng)陰性：Pb(s)+ HSO 4 –(aq)→PbSO 4(s)+ H +(aq)+ 2e –

正極板反應(yīng)：PbO 2(s)+ HSO 4 –(水溶液)+ 3H +(aq)+ 2e – →PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)

結(jié)合這兩個(gè)反應(yīng)，可以確定總體反應(yīng)：

Pb(s)+ PbO 2(s)+ 2H +(aq)+ 2HSO 4 –(aq)→2PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)

電荷化學(xué)

這種類型的電池可以充電。在充電狀態(tài)下，每個(gè)電池在大約4.2 M的硫酸(H 2 SO 4)電解質(zhì)中包含元素鉛(Pb)的負(fù)極板和氧化鉛(IV)(PbO 2)正極板。充電過程是通過強(qiáng)制將電子從正極板中移出并通過充電源將其強(qiáng)制引入負(fù)極板來實(shí)現(xiàn)的。

板反應(yīng)陰性：PbSO 4(s)+ H +(aq)+ 2e – →Pb(s)+ HSO 4 –(aq)

正極板反應(yīng)：PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)→PbO 2(s)+ HSO 4 –(水溶液)+ 3H +(aq)+ 2e –

結(jié)合這兩個(gè)反應(yīng)，整體反應(yīng)與放電反應(yīng)相反：

2PbSO 4(s)+ 2H 2 O(l)→Pb(s)+ PbO 2(s)+ 2H +(aq)+ 2HSO 4 –(aq)

請(qǐng)注意，充電反應(yīng)與放電反應(yīng)完全相反。

其他可充電電池

對(duì)許多種類的可再充電電池的需求是由于它們較低的成本和較低的環(huán)境影響。

可充電電池通過可逆的化學(xué)反應(yīng)存儲(chǔ)能量，這使電池耗盡后可以再次存儲(chǔ)電荷。

可充電電池的總使用成本和對(duì)環(huán)境的影響均低于一次性電池，這可能就是為什么美國(guó)對(duì)可充電電池的需求增長(zhǎng)快于對(duì)非可充電電池的需求的原因。

常見的充電電池類型包括鉛酸，鎳鎘(NiCd)，鎳氫(NiMH)，鋰離子(Li-ion)，鋰離子聚合物(LiPo)和可充電堿性電池。

二次電池：可充電的電池，因?yàn)樗ㄟ^可逆的化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

能量密度：相對(duì)于電池體積可以存儲(chǔ)的能量量。

可充電電池

可再充電電池是由一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池組成的一種電池。由于其電化學(xué)反應(yīng)是電可逆的，因此被稱為二次電池。換句話說，在耗盡存儲(chǔ)的電荷后，電池的化學(xué)反應(yīng)會(huì)反過來再次發(fā)生，以存儲(chǔ)新的電荷。美國(guó)對(duì)可充電電池的需求增長(zhǎng)速度是對(duì)非可充電電池的兩倍，部分原因是可充電電池對(duì)環(huán)境的影響和總使用成本低于一次性電池。

電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用將充電電池用于負(fù)載均衡。負(fù)載均衡涉及存儲(chǔ)電能以在峰值負(fù)載期間使用。通過在電力需求低時(shí)為電池充電以在電力需求高時(shí)使用，負(fù)載均衡有助于消除對(duì)昂貴的峰值發(fā)電廠的需求，并有助于在更長(zhǎng)的運(yùn)行小時(shí)內(nèi)降低發(fā)電機(jī)的成本。

充電電池構(gòu)造

與所有電池一樣，可充電電池由陽極，陰極和電解質(zhì)組成。在充電期間，陽極材料被氧化，產(chǎn)生電子，陰極被還原，消耗電子。

電池充電：電池充電圖。這些電子構(gòu)成了外部電路中的電流。電解質(zhì)可以用作電極之間內(nèi)部離子流動(dòng)的簡(jiǎn)單緩沖液(如鋰離子和鎳鎘電池)，也可以是電化學(xué)反應(yīng)的積極參與者(如鉛酸電池)。

可充電電池的類型

充電電池中通常使用幾種不同的化學(xué)藥品組合。不同類型包括鉛酸，鎳鎘(NiCd)，鎳金屬氫化物(NiMH)，鋰離子(Li-ion)，鋰離子聚合物(LiPo)和可充電堿性電池。

鉛酸電池

鉛酸電池是法國(guó)物理學(xué)家GastonPlanté于1859年發(fā)明的，是最古老的可充電電池。它們提供高浪涌電流的能力意味著電池保持相對(duì)較大的功率重量比。這些特征以及低成本使得它們對(duì)于需要大電流的機(jī)動(dòng)車輛具有吸引力。

鎳氫電池

鎳氫電池，簡(jiǎn)稱NiMH或Ni-MH，與鎳鎘電池(NiCd)非常相似。NiMH電池和NiCd一樣都使用羥基氧化鎳(NiOOH)的正極，但是負(fù)極使用吸氫合金代替鎘。NiMH電池的容量是同等大小的NiCd電池的兩到三倍，其能量密度接近鋰離子電池的能量密度。

鋰離子電池

鋰離子電池是一類可再充電電池，其中鋰離子在放電過程中從負(fù)極移動(dòng)到正極，并在充電時(shí)從負(fù)極移動(dòng)到正極。常規(guī)鋰離子電池的負(fù)極由碳制成。正極是金屬氧化物，電解質(zhì)是有機(jī)溶劑中的鋰鹽。它們是便攜式電子設(shè)備中最受歡迎的可再充電電池之一，具有最佳的能量密度之一，并且在不使用時(shí)充電緩慢。鋰離子電池比NiCd電池更昂貴，但可以在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，同時(shí)體積更小，重量更輕。它們非常脆弱，因此需要保護(hù)電路來限制峰值電壓。

鋰離子聚合物電池

鋰離子聚合物(LiPo)電池通常由并聯(lián)的幾個(gè)相同的二次電池組成，以增加放電電流的能力。它們通常以串聯(lián)“包裝”的形式提供，以增加總的可用電壓。它們與鋰離子電池的主要區(qū)別在于它們的鋰鹽電解質(zhì)不保存在有機(jī)溶劑中。相反，它處于固體聚合物復(fù)合材料中，例如聚環(huán)氧乙烷或聚丙烯腈。LiPo優(yōu)于鋰離子設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)包括潛在的較低制造成本，對(duì)各種包裝形狀的適應(yīng)性，可靠性和堅(jiān)固性。它們的主要缺點(diǎn)是電荷較少。

堿性電池

還存在堿性電池的可充電形式，其是取決于鋅(Zn)和二氧化錳(MnO 2)之間反應(yīng)的一種原電池。它們?cè)谥圃爝^程中充滿電，能夠攜帶數(shù)年的電量，比大多數(shù)自放電的NiCd和NiMH電池更長(zhǎng)。與一次性電池相比，可充電堿性電池還可以具有較高的充電效率并且對(duì)環(huán)境的影響較小。

鋰離子電池

鋰離子電池是消費(fèi)電子產(chǎn)品中常用的可充電電池。他們依靠Li +遷移。

優(yōu)異的能量密度，無記憶效應(yīng)，以及不使用時(shí)僅緩慢失去電荷的特性，使鋰離子電池普遍用于消費(fèi)電子，軍事，電動(dòng)汽車和航空航天應(yīng)用。

陽極通常是含鋰的化合物，而陰極通常是含碳的化合物。

放電反應(yīng)依賴于電解質(zhì)中的鋰離子從陰極中提取出來并移動(dòng)到陽極，而在充電反應(yīng)中則相反。

陽極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

電解質(zhì)：在溶液中或熔融時(shí)會(huì)電離并導(dǎo)電的物質(zhì)。

鋰離子電池(鋰離子電池或LIB)是一類可再充電電池，其中，鋰離子在放電過程中會(huì)從負(fù)極移動(dòng)到正極。電池充電時(shí)，離子遵循相反的路徑。鋰離子電池使用鋰化合物作為電極材料。

鋰離子電池的用途

鋰離子電池在消費(fèi)電子產(chǎn)品中很常見。它們是便攜式電子設(shè)備中最受歡迎的可再充電電池之一，因?yàn)樗鼈兙哂凶罴训哪芰棵芏戎?，并且在不使用時(shí)充電緩慢。

筆記本電腦鋰離子電池：鋰離子電池非常適合用于便攜式電子產(chǎn)品，包括筆記本電腦。

除消費(fèi)電子領(lǐng)域外，LIB在軍事，電動(dòng)汽車和航空航天應(yīng)用中也越來越受歡迎。研究正在產(chǎn)生對(duì)傳統(tǒng)LIB技術(shù)的一系列改進(jìn)，重點(diǎn)是能量密度，耐用性，成本和安全性。

鋰離子電池的類型

化學(xué)，性能，成本和安全性隨LIB的類型而異。手持式電子產(chǎn)品大多使用基于鈷酸鋰(LCO)的LIB，該LIB具有高能量密度，但具有眾所周知的安全問題，尤其是在損壞時(shí)。磷酸鐵鋰(LFP)，鋰錳氧化物(LMO)和鋰鎳錳鈷氧化物(LiNMC)電池具有較低的能量密度，但使用壽命更長(zhǎng)，并且具有固有的安全性。這些化學(xué)成分或化學(xué)物質(zhì)被廣泛用于為電動(dòng)工具和醫(yī)療設(shè)備供電。

充電與放電

鋰離子電池中電化學(xué)反應(yīng)的三個(gè)參與者是陽極，陰極和電解質(zhì)。作為含鋰化合物的陽極和作為含碳化合物的陰極都是鋰離子可遷移到其中的材料。電解質(zhì)是有機(jī)溶劑中的鋰鹽。當(dāng)鋰基電池放電時(shí)，正鋰離子會(huì)從陰極中提取出來并插入陽極中，從而釋放出存儲(chǔ)的能量。電池充電時(shí)，會(huì)發(fā)生相反的情況。

陰極和陽極材料

商業(yè)上最流行的陰極材料是石墨。陽極通常是以下三種材料之一：層狀氧化物(例如鈷酸鋰)，聚陰離子(例如磷酸鐵鋰)或尖晶石(例如錳酸鋰)。電解質(zhì)通常是包含鋰離子絡(luò)合物的有機(jī)碳酸酯的混合物，例如碳酸亞乙酯或碳酸二乙酯。

在鋰離子電池中，鋰離子往返于陰極或陽極傳輸。過渡金屬鈷(Co)在充電過程中從Co 3+氧化為Co 4+，在放電過程中從Co 4+還原為Co 3+。

燃料電池

燃料電池是電池的引人注目的替代品，但它們?nèi)蕴幱陂_發(fā)的早期階段。

燃料電池是一種通過與氧氣或另一種氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

電池在密閉系統(tǒng)中工作，而燃料電池則需要補(bǔ)充其反應(yīng)物。

在燃料電池中使用氫作為主要燃料來源有許多優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這使其在主流用途方面一直存在爭(zhēng)議。

燃料電池由三個(gè)相鄰的部分組成：陽極，電解質(zhì)和陰極。

陽極：發(fā)生氧化的電化學(xué)電池的電極。

燃料電池：一種通過與氧氣或其他氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

陰極：發(fā)生還原的電化學(xué)電池的電極。

電池：通過兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的設(shè)備。

簡(jiǎn)介與歷史

燃料電池是通過與氧氣或另一種氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。氫是最常見的燃料，但有時(shí)會(huì)使用碳?xì)浠衔?，例如天然氣和酒精。燃料電池與電池的不同之處在于，它們需要恒定的燃料和氧氣來運(yùn)行，但是只要提供這些輸入，它們就可以連續(xù)發(fā)電。微型燃料電池的發(fā)展可以提供一種廉價(jià)，有效且可重復(fù)使用的電池替代品。

威廉·格羅夫(William Grove)在1839年開發(fā)了第一批粗燃料電池。燃料電池的第一種商業(yè)用途是在NASA太空計(jì)劃中，以為探測(cè)器，衛(wèi)星和太空艙發(fā)電。當(dāng)前，燃料電池用于商業(yè)，工業(yè)和住宅建筑物以及偏遠(yuǎn)或無法進(jìn)入的區(qū)域的主電源和備用電源。它們用于為燃料電池汽車提供動(dòng)力，包括汽車，公共汽車，叉車，飛機(jī)，輪船，摩托車和潛艇。

燃料電池的結(jié)構(gòu)與功能

燃料電池的類型很多，但都由陽極(負(fù)極)，陰極(正極)和電解質(zhì)(允許電荷在燃料電池的兩側(cè)之間移動(dòng))組成。

燃料電池：燃料電池通過與氧氣或其他氧化劑的化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但是，使用氫作為燃料電池中的主要燃料來源有很多利弊，這使其在主流用途中一直存在爭(zhēng)議。電子通過外部電路從陽極吸引到陰極，產(chǎn)生直流電。燃料電池按其使用的電解質(zhì)分類，這是各種類型燃料電池之間的主要區(qū)別。單個(gè)燃料電池產(chǎn)生相對(duì)較小的電位(約0.7伏)，因此將電池“堆疊”或串聯(lián)放置以增加電壓。除電力外，燃料電池還產(chǎn)生水，熱量，并根據(jù)燃料來源產(chǎn)生非常少量的二氧化氮和其他排放物。燃料電池的能量效率通常在40%至60%之間;如果將余熱收集起來使用，則可達(dá)到85%。

盡管燃料電池類型多種多樣，但它們都以相同的通用方式工作。在三個(gè)不同部分的界面處發(fā)生兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)。這兩個(gè)反應(yīng)的最終結(jié)果是消耗了燃料，產(chǎn)生了水或二氧化碳，并產(chǎn)生了電流，該電流可用于為電氣設(shè)備供電，通常稱為“負(fù)載”。

在陽極處，催化劑將燃料(通常為氫)氧化，從而將燃料轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姷碾x子和帶負(fù)電的電子。電解質(zhì)是專門設(shè)計(jì)的物質(zhì)，因此離子可以穿過電解質(zhì)，而電子不能穿過。釋放的電子穿過導(dǎo)線，產(chǎn)生電流。離子穿過電解質(zhì)到達(dá)陰極。在那里，離子與電子重新結(jié)合，并且兩者與第三種化學(xué)物質(zhì)(通常是氧氣)反應(yīng)生成水或二氧化碳。

燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)

在某些應(yīng)用中，氫燃料電池的使用存在爭(zhēng)議。首先，由于能量用于產(chǎn)生氫比得上能量中的氫，它是低效率的，并且因此是昂貴的。如果使用傳統(tǒng)的發(fā)電廠生產(chǎn)氫氣，那么目前的污染率充其量不會(huì)有任何積極的變化。其他類型的燃料電池則沒有這個(gè)問題。例如，生物燃料電池從食物殘?jiān)蝎@取葡萄糖和甲醇，然后將其轉(zhuǎn)化為氫和食物，以分解細(xì)菌。

但是，氫燃料電池有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。如果使用清潔的可再生能源(例如太陽能和風(fēng)能)產(chǎn)生的電能來產(chǎn)生氫氣，則與大型電池組相比，該能量可以更容易地存儲(chǔ)。

還有一些實(shí)際問題需要克服。盡管在不久的將來可能會(huì)在消費(fèi)產(chǎn)品中使用燃料電池，但是如果朝上放置，大多數(shù)當(dāng)前設(shè)計(jì)將無法使用。此外，當(dāng)前的燃料電池?zé)o法按比例縮小到便攜式設(shè)備(如手機(jī))所需的小尺寸。當(dāng)前的設(shè)計(jì)還需要排氣，因此不能在水下運(yùn)行。由于燃油可能會(huì)通過通風(fēng)孔泄漏，因此它們可能無法在飛機(jī)上使用。最后，用于安全消費(fèi)燃料電池的技術(shù)還沒有到位。

汽車中的燃料電池：燃料電池是不使用汽油行駛的汽車的潛在能源。然而，盡管燃料電池提供清潔的可再生能源，但其廣泛采用仍存在一些障礙。