燃料电池结构和工作原理
燃料电池结构和工作原理 – 膜电极卷对卷涂布 – 驰飞超声波喷涂
燃料电池由两个电极和电解质层组成；电解质置于两个电极之间，一个是阳极，另一个是阴极。燃料被供应到阳极，在阳极处发生氧化燃料的反应。同时，向阴极提供阳极氧化剂，并进行还原氧化剂的反应。当两个电极的引线连接到外部负载以形成负载电路时，带电粒子在电解液中移动，电流可以从电池中汲取。事实上，燃料电池的工作原理与干式电池和我们日常使用的其他一次（不可充电）电池完全相同。
然而，在干电池中，反应物储存在电池内，当这些反应物被消耗时，电池的寿命就达到了。事实上，在燃料电池中，反应物是从外部供应的，因此原则上，只要有反应物供应，就可以连续发电
燃料电池电解液中的电荷载体要么是正的，要么是负的，运动方向不同。例如，在使用酸性电解质的燃料电池（如磷酸燃料电池）中，氢离子从节点移动到阴极侧，在那里与氧发生反应生成水。另一方面，在使用碱性电解液的熔融碳酸盐燃料电池中，碳酸盐离子从阴极移动到阳极，在阳极与氢反应生成水。
因此，电极反应产生的水根据离子的类型从不同的电极排出，这会影响发电系统的设计。此外，请注意，燃料电池中使用的电池结构和材料也会因工作温度和压力以及所用燃料等其他条件而不同。燃料电池发电过程中出现的现象称为电化学反应。也许，电化学反应的一个非常熟悉的例子是水的电解，其中氢和氧是通过在浸没在水（或水）溶液中的电极之间通电而产生的。
燃料电池通常被描述为执行与电解反应相反的装置。也就是说，通过向燃料电池的阳极供应氢，向阴极供应氧，产生电，并产生水作为反应产物。在传统的发电中，通常使用化石燃料火力发电厂，燃料的化学能首先在锅炉中燃烧转化为热量。产生的热量用于产生加压蒸汽，进而驱动涡轮发电机，将流体动力转化为机械动力，最终产生电力。与传统的蒸汽轮机发电机不同，电化学发电方法因此被称为“直接”发电，不受限制热机最大效率的卡诺循环效率的限制。这意味着燃料电池在热力学上有可能提取燃料的所有吉布斯自由能，并在实际工作中转化。然而，据推测，燃料将用于在实际条件下进行电极反应。氢是许多燃料电池最适合的燃料。需要注意的是，当使用碳氢化合物作为燃料电池发电系统的主要燃料时，必须通过化学反应（如蒸汽重整）将燃料转化为富氢燃料气。
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