能量潘朵拉
聽到氫氣，甲烷，一氧化碳你能想到什麼？你會覺得燃燒它們可以烹飪出美味的佳餚？你會覺得在這寒冷的冬天燃燒它們會帶給我們溫暖？
甚至你會覺得若是在蒸汽時代燃燒它們可以驅動笨重的蒸汽機車和輪船前往自己的目的地？你out了！在科技高速發達的今天，有一種高效又清潔的利用它們的方式——燃料電池。
首先我們對燃料電池進行一下基本的介紹：燃料電池是一種等溫進行，直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效，無汙染的轉換成電能的發電裝置。通過基本的介紹可知，燃料電池輸出的是電能，在現實生活中電能是一種清潔的能源，利用電能的過程中沒有任何汙染產生，因此燃料電池輸出的能源是清潔的。
但是，燃料電池的發電過程是等溫過程，可能會造成散熱上的麻煩，這也是燃料電池的乙個缺點。
燃料電池的發電原理和化學電源一樣，由電極提供電子轉移的場所，陽極催化燃料（如氫氣，甲烷，一氧化碳等）的氧化過程，陰極催化氧化劑（如氧等）的還原過程；導電離子在將陰，陽極分開的電解質內遷移，電子通過外電路做功並構成電的迴路。由原理可以分析出，燃料電池的基本組成結構有：陰極，陽極，電解質三個基本單元。
燃料電池與常規化學電源不同，而更類似於汽油，柴油發電機。它的燃料和氧化劑不是儲存在電池中，而是儲存在電池外的儲罐中。當電池發電時，要連續不斷的向電池內輸送燃料和氧化劑，排出反應物，同時也要排出一定的廢熱，以維持電池工作溫度恆定。
燃料電池本身只決定輸出功率的大小，其儲存能量的大小則由儲存在儲罐中的燃料和氧化劑的多少而決定。
下面我們以氫燃料電池為例具體分析一下燃料電池的工作原理：
氫氧燃料電池原理簡圖
反應方程式：；
燃料氫氣在陽極在催化劑的作用下發生氧化反應，生成陽離子（氫離子）釋放到電解質中並生成自由電子在電路中產生電能；
氧化劑氧氣在陰極在催化劑的作用下發生化原反應，生成陰離子（若是在酸性條件下則生成，若是在鹼性條件下則生成）釋放到電解質中並接受由陽極產生的自由電子從而完成電能的輸送；
由陰，陽極反應產生的陰，陽離子通過質子導電而電子絕緣的電解質運動到相對應的另乙個電極上，生成反應產物並隨未發生反應的反應物一起排到電池外；
由陽極發生氧化反應產生的自由電子通過外電路由陽極運動到陰極，使整個反應達到物質平衡和電荷平衡，這樣外部用電器就獲得了燃料電池所產生的電能。
說過了燃料電池的原理，下面我們說說燃料電池的分類。按工作溫度可劃分為低溫燃料電池，中溫燃料電池和高溫燃料電池三大類。其中，低溫燃料電池按照電解質的不同又可分為鹼性燃料電池，質子交換膜燃料電池，磷酸燃料電池和直接甲醇燃料電池。
而中溫燃料電池通常指的是熔融碳酸燃料電池，高溫燃料電池通常指的是固態氧化物燃料電池。下面分別進行簡要的介紹。
鹼性燃料電池指的是其電解質溶液為強鹼溶液，如naoh溶液。則其正，負極反應分別為：負極：；
正極：；
質子交換膜燃料電池是以質子交換膜作為電解質，其正，負極反應分別為：
負極：；
正極：；
注意所有的電子e都省略了負號上標。由於質子交換膜只能傳導質子，因此氫質子可直接穿過質子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極。當電子通過外電路流向陰極時就產生了直流電。
若質子交換膜燃料電池的燃料為甲醇而不是由甲醇經過重整後的氫氣，則稱為直接甲醇燃料電池。實際上直接甲醇燃料電池屬於質子交換膜燃料電池的一種。
磷酸燃料電池使用液體磷酸為電解質，其常溫下為固體，通常位於碳化矽基質中。磷酸燃料電池的工作溫度要比質子交換膜燃料電池和鹼性燃料電池的工作溫度略高，位於150 - 200℃左右，但仍需電極上的白金催化劑來加速反應。其陽極和陰極上的反應與質子交換膜燃料電池相同，但由於其工作溫度較高，所以其陰極上的反應速度要比質子交換膜燃料電池的陰極的速度快。
則其正，負極反應分別為：
負極：；
正極：；
熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。其電解質是熔融態碳酸鹽。工作溫度問600~700℃，因此被分類到中溫燃料電池。
則其正，負極反應分別為：
負極：；
正極：；
固態氧化物燃料電池使用諸如用氧化釔穩定的氧化鋯等固態陶瓷電解質。其工作溫度位於800-1000℃之間。因此被分類到高溫燃料電池。
由於它們使用固態的電解質，這種電池比溶化的碳酸鹽燃料電池更穩定，然而它們用來承受所產生的高溫的建造材料卻要昂貴得多。
最後，我們了解了氫氧燃料電池的工作原理及各種不同燃料電池的特性，根據這些特性，我們下面簡要分析一下燃料電池的優點。首先，燃料電池能高效的把燃料和氧化劑轉化成電能。由於只是在電極上發生一次催化作用而發生氧化，還原反應，所以能量損失少，效率高，優於其他的發電裝置。
其次，燃料電池的產物對環境沒有汙染，如氫氧燃料電池產物為水，甲烷燃料電池產物為水和二氧化碳，一氧化碳燃料電池產物為二氧化碳和水，對環境沒有汙染，是環境友好性發電裝置。再次，燃料電池沒有動態部件，整個發電過程是靜態過程，有利於系統的穩定執行。最後，燃料電池有標準元件，可通過改變元件大小將改變其能量輸出。
輸出功率可以從幾瓦到幾百萬兆瓦。以實現燃料電池對不同場合都能適用。
燃料電池高效，無汙染，適應能力強。是21世紀非常好的發電裝置。騰訊網上發布了《中國首架純燃料電池無人機首飛》的新聞。
文章中指出，日前，由同濟大學航空航天與力學學院、上海奧科賽飛機公司歷時一年多時間共同研製的我國第一架純燃料電池無人機「飛躍一號」，在上海奉賢海邊首次試飛成功。該無人機可公升至2000公尺以內高空，時速為30公里，可連續飛行兩小時，非常適合用於環境監測、戰場偵察等領域。由此可見，燃料電池的應用範圍是非常廣泛的。
老師，無意中在騰訊網上看見的新聞讓我選定了燃料電池原理為自己大作業的主題，這篇文章來自老師上課傳授的知識和在網上查閱的部分內容。老師一學期來辛苦的講課對我幫助很大，讓我了解了能源的分類，煤，石油，天然氣，生物質能，氫能及超級電容器的部分知識，平時由於學生工作的原因沒有全勤配合老師的教學，以後定將改正，這裡也為我的過錯向老師表達誠摯的歉意。能選上老師課也是我們師生的緣分，最後，祝老師工作順利，身體健康，生活美滿。
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