如今,地球上大约有十亿辆汽车,相当于每七个人一辆。如果将地球想象成资源有限的巨型加油站,那会在某个时间里枯竭。所以发展新能源汽车势在必行,但更多的科学家更多的倾向于燃料电池,因为这比普通汽车的电池更环保,这种燃料电池就是氢燃料电池,而它的只需要向邮箱里加水就可以为汽车提供动力。
什么是燃料电池
燃料电池有点像内燃机和电池动力之间的结合。像内燃机一样,它们通过使用来自燃料箱中的氢气来发电。但是,与发动机不同,氢燃料电池不会燃烧氢。相反,它是与空气中的氧气化学融合而成水。在此过程中,类似于电池中发生的情况,电流被释放,并被用于为可驱动车辆的电动马达供电,唯一排放的废弃物是水,可以达到饮用级别!
氢燃料电池被视为永不耗尽的电池。燃料电池并没有像普通电池那样缓慢消耗其中的化学物质,而是依靠稳定的氢气供应,就可以持续发电,但事实如此吗?
燃料电池如何通过氢发电
燃料电池中发生的反应称为电化学反应。因为它涉及到两种化学物质的结合,但是它也是一个电反应,因为在反应过程中会产生电能。
燃料电池产生电能的方式如下:
来自储罐的氢气沿管道向下输送到正极端子。
空气中的氧气从第二根管道向下流到负极端子。
正极由铂制成,铂是一种贵金属催化剂。当氢气原子遇到达催化剂时,它们分裂成氢离子和电子。
带正电的质子被吸引到负极端子(蓝色)并通过电解质(黄色)流向它。电解质是由特殊的聚合物薄膜制,只有质子才能通过。
同时,电子流过外部电路。
它们为驱动汽车车轮的电动机提供动力。最终,它们也到达负极端子(蓝色)。
在负端,质子和电子与空气中的氧气进行化学反应,生成水。
水以水蒸气的形式从排气管排出。
氢气又从何而来
氢燃料电池的原理大家都明白了,从理论上讲,水氢燃料汽车按照这样的逻辑是可行的,但是氢气又从何而来呢?
氢气存在于我们周围的空气中,但每百万升空气中大约只有一升氢气,如果从空气中提取氢气那将对氢燃料电池没有意义,唯一可行的是从水中电解出氢气来使用。
上图是一个电解器从水中产生氢气的方式:
电池通过电解质将正极连接到负极。
接通电源后,水分解成带正电的氢离子(氢原子缺失电子,显示为红色)和带负电的氧离子(氧原子与多余的电子,以绿色显示)。
正的氢离子被吸引到负极的末端并成对重组以形成氢气。
同样,负氧离子被吸引到正极端子并在那里成对复合以形成氧气。
氢气转换电能效率不足
从上面制备氢气的的原理中我们可以看到电解水产生氢气是非常麻烦的,因为它需要电能,那么使用普通电池来电解水,能达到百分之75的氢气,但制备出来的氢气再转换成电能只有百分之7.5了,如果我们用太阳能电池板来提供电能分解水,那效率更低。
所以与其用这样的装置为汽车提供动力,还不如使用电池来的方便,但是电池没有氢气的环保性,所以如果解决了氢气的问题,那么水氢车是可以得到发展的。
看完文章,相信大家对水氢燃料电池有了一定的了解,那么大家对此有什么不同的看法呢?
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