浅谈清洁能源PEMFC电池的原理与应用

浅谈清洁能源PEMFC电池的原理与应用

李璎洪

黑龙江省齐齐哈尔中国一重技师学院李璎洪

[摘要]随着中国现代化城市的发展，中国工业化不断地进行，对电能的消耗越来越大。为了解决该问题单一地扩大火力发电，虽然能够缓解用电压力，但是也存在着诸多的严重的环境问题，本文主要介绍清洁能源PEMFC电池的原理和应用，突出清洁能源在环保方面和解决用电短缺方面的优势及在航天军事方面的应用，为中国环境问题提供解决方案。

[关键词]清洁能源PEMFC电池环保降低污染潜艇应用

1、前言

PEMFC电池使用燃料发电特性材料电池的一个统称，他是由现在高科技技术通过物理、化学、纳米技术等手段，制造而成的。其原理类似一个小型的无辐射反应堆。如选择氢气作为燃料在发电完成后，排放的是纯水，经过简单过滤，可应用于于农业灌溉，根据客户的要求有些PEMFC电池在使用过程中，根据所使用的燃料要排放二氧化碳，但是其含量只有低碳汽油排放量的1/6，随着PEMFC电池技术的革新，二氧化碳的排放量还在降低，属于新型环保能源。

2、PEMFC电池的结构与电化学方程式分析

要知道PEMFC电池高效率和环保的原因，必须从结构和电化学方式进程行分析。PEMFC电池的结构原理如图（以氢氧为燃料）1.1所示：图中为PEMFC电池的剖面图，在图中自左而右为氢气进气口和出气口构成到氢气循环通路，由多孔碳结构构成的负电极触媒层，在电解层理可选用ph值偏中性的硫酸钠盐电解液，碱性的氢氧化钠电解质溶液，酸性的硫酸电解质溶液，由多孔碳构成的正电极触媒层，供氧气进入和反应后纯水流出的氧水循环回路。其简单的工作过程是：

PEMFC电池以氢气为反应原料，氧气为氧化剂，氢气由循环回路充入电池后，进入触媒层在催化剂的作用下产生氧化反应，在氧化反应过程中失去电荷，电荷由负极通过用电负载流向正极，氢分子通过电解层在正极触媒层催化剂的作用下，与氢气产生还原反应并得到失去的电子，生成的水由氧水循环回路排出。

由以上推导过程可以确定PEMFC电池原理可行，正负极应用符合实际要求，基础材料在实际应用中容易获得，在理论上有一定的基础作为依托。

3、核心技术的分析

质子交换膜是PEMFC电池的核心部件，其作用不仅是氢分子变成氢原子，还要为氢分子的催化提供一定的条件，这就要求质子交换膜有良好的电化学性能、高温稳定性、原子的可穿透性，可以说质子交换膜性能的好坏决定着PEMFC电池的性能、使用寿命、经济性。

4、PEMFC电池的军事应用

PEMFC电池在潜艇上应用较早，德国早在1980年就开始研究PEMFC电池在潜艇上的应用，传统的潜艇使用的施特林发动机或闭式循环柴油机，在水上运行时需要将水下航行的电能充到铅酸蓄电池中，在水下利用电池的电能进行航行，铅酸电池只能储存电能，潜艇的水下连续运行航程，与电池的容量有很大的关系，在蓄电池储存的电能消耗尽后，潜艇必须上浮到合理的深度，放出通气管用柴油机作为动力航行同时为蓄电池充电，在充电时柴油机运行声音很大，很容易被声纳捕捉到位置并遭到攻击，如果使用PEMFC电池为潜艇动力，在水下航行时可以边航行边发电，利用氢氧循环技术，可以直接除去通气管，由于PEMFC电池效率较高，潜艇的航程还可以提高一倍，产生的水可以直接排进大海，潜艇在发电过程中产生的震动极小，使潜艇可以极静在的情况下航行，提高了潜艇的隐身性能，在运行过程中所储存的氧气还可以改善潜艇内部的空气质量，PEMFC电池潜艇很可能成为继柴油动力潜艇、核动力潜艇后的第三代潜艇。

结束语

随着中国的经济发展，环境问题已被社会所重视，如果利用传统的发电技术改善此问题，污染依然没有办法得到根治，只有采用高新技术，才能摆脱对石油和矿物质原料的依赖，在根本上解决污染问题，PEMFC电池的发展会为能源使用带来一场根本的变革。只有紧跟世界科技发展的脚步才能抓住机会、不甘人后。为由中国制造变为中国创造打下坚实的科技基础。

参考文献

《燃料电池及燃料发动机的研究》学术期刊《汽车与配件》2006年34期作者：宋珂

《毛泽东工业化思想及其当代启示》学位论文2011作者：贺錦富