說說燃料電池(下)

燃料電池的工作原理

(接上期)還是要說說燃料電池的化學工作原理，它和電池相似，同樣是利用“間接”得失電子的化學反應來提供電能的，如下圖，以氫氣燃料電池為例，氫氣通過電池的負極，在催化劑的作用下，失去電子。變?yōu)闅潆x子(H+)，這些氫離子從負極通過液態(tài)電解質(zhì)“奮力”，地游到正極，而負極上收集的電子們則通過外電路，從負極跑到電池的正極，電流通過外電路的過程是可以做功的，大家看，電子，氫離子，二者一正一負，一起離開負極，正、負抵消，所以負極是顯電中性的：而它們一正一負同時來到正極，殊途同歸，正負抵消，所以正極也是顯電中性的，這就是燃料電池和電池相同的第四點：正、負極都顯電中性(大家還記得嗎，電容器的兩個電極，充滿電或者工作的時候，卻都是帶電的，而且是帶電性相反的電荷)，在正極那里，空氣中的氧氣分子在催化劑的協(xié)助下，會捕捉到從負極來的電子，然后和來自負極的氫離子結合，就生成了水——唯一的排放物，大家想想，其實這不就是一個氫氣和氧氣反應生成水的化學過程嗎?但是氫氣和氧氣，這兩個“當事人”是不直接接觸的，而是通過燃料電池的負極(含催化劑)、外電路(或電解質(zhì))、正極(含催化劑)作為媒介最終完成，這樣的反應就叫做電化學反應，電池中的反應和這個過程是相似的，希望同學們對電化學反應有個初步認識，這可以幫助你們自己去設計新的儲能或者能量轉(zhuǎn)化裝置，

燃料電池中的催化劑

好，了解了氫氣燃料電池的工作原理，我們就來說說氫氣燃料電池目前所面臨的挑戰(zhàn)吧，這里，我只說最重要的一點：燃料電池使用昂貴的催化劑，上面提到過，正、負電極上由催化劑來幫助氫氣或氧氣完成反應，這些催化劑通常都含有一定比例的鉑金，以目前的技術，鉑金是不可或缺的，這就造成了一個高成本的問題，大家知道鉑金的價格極其昂貴，1g鉑金，在2011年5月30日紐約交易所的價格是430元人民幣，比黃金當日價格高出17％，由于鉑金是稀缺資源，用一點少一點，使用鉑金的工業(yè)品，其價格在長期來說，只會持續(xù)走高，普通的工業(yè)品，當產(chǎn)量大幅提高的時候，成本會相應地得到降低；而利用鉑金作為催化劑的氫氣燃料電池則會恰恰相反，大規(guī)模的商業(yè)化，將會使得鉑金的價格越來越高，從而抬高自身產(chǎn)品的價格，失去競爭力，所以必須為氫氣燃料電池找到能替代鉑金的催化劑材料，

值得欣慰的是，2011年的4月份，美國《科學》雜志上刊登了一篇文章，介紹了使用碳化過的摻雜了金屬小顆粒的導電高分子絡合材料作為催化劑，可以達到和鉑金催化功能相似的效果，這是令人鼓舞的，當然，我們需要清楚的是，其他品種的燃料電池，很多是不需要使用鉑金作為催化劑的，所以不存在這個問題，但是不巧的是，這些不用鉑金的燃料電池的工作溫度較高，通常都高于100℃，所以不適合用在交通工具上，

在電池和燃料電池作為清潔動力驅(qū)動汽車的競賽中，由于鋰離子電池科技的持續(xù)快速進步，以及其在小型電子設備上的巨大成功，尤其是由于工業(yè)界的大舉介入，電池電動車開始略占上風，到目前為止，純電池動力汽車中，尼桑的leaf，經(jīng)全面上市，比亞迪的e6作為出租車的試運行也是很成功的，正在為全面上市蓄勢待發(fā)，而到目前為止，純?nèi)剂想姵剀嚨纳虡I(yè)化依然處在徘徊之中、燃料電池技術依然具有相當?shù)那熬昂蛢?yōu)勢，我們期待著這種動力設備能夠迎頭趕上，使得我們的交通更加潔凈、安全和高效，

責任編輯

程哲