一、燃料動(dòng)力電池

1、含義

燃料動(dòng)力電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱(chēng)電化學(xué)發(fā)電器。

2、工作原理

燃料動(dòng)力電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料動(dòng)力電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料動(dòng)力電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料動(dòng)力電池就能持續(xù)地發(fā)電。

以氫-氧燃料動(dòng)力電池為例來(lái)說(shuō)明燃料動(dòng)力電池：

氫-氧燃料動(dòng)力電池反應(yīng)原理這個(gè)反應(yīng)是電解水的逆過(guò)程。電極應(yīng)為：負(fù)極：H2+2OH-→2H2O+2e-

正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-

電池反應(yīng)：H2+1/2O2==H2O

另外，只有燃料動(dòng)力電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

優(yōu)點(diǎn)：發(fā)電效率高、環(huán)境污染小、比能量高、噪音低、燃料范圍廣、可靠性高、易于建設(shè)

3、分類(lèi)

（1）SOFC

固體氧化物燃料動(dòng)力電池(SOFC)是一種直接將燃料氣和氧化氣中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置,具有一般燃料動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)。固體氧化物燃料動(dòng)力電池以致密的固體氧化物作電解質(zhì),在高溫800～1000℃下操作,反應(yīng)氣體不直接接觸[8],因此可以使用較高的壓力以縮小反應(yīng)器的體積而沒(méi)有燃燒或爆炸的危險(xiǎn)。

（2）RFC

氫燃料動(dòng)力電池以氫氣為燃料,與氧氣經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)后透過(guò)質(zhì)子交換膜出現(xiàn)電能。氫和氧反應(yīng)生成水,不排放碳化氫、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物,無(wú)污染,發(fā)電效益高。

（3）DMFC

直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池通常稱(chēng)為直接甲醇燃料動(dòng)力電池(DMFC)。

直接甲醇燃料動(dòng)力電池?zé)o須中間轉(zhuǎn)化裝置,因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積能量密度高,還具有起動(dòng)時(shí)間短、負(fù)載響應(yīng)特性佳、運(yùn)行可靠性高,在較大的溫度范圍內(nèi)都能正常工作,燃料補(bǔ)充方便等優(yōu)點(diǎn)。

二、鎳氫電池

1、含義和原理

鎳氫電池是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池正極活性物質(zhì)為Ni（OH）2（稱(chēng)NiO電極），負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱(chēng)儲(chǔ)氫合金（電極稱(chēng)儲(chǔ)氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。充放電化學(xué)反應(yīng)如下：

正極：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-

負(fù)極：M+H2O+e-=MHab+OH-

總反應(yīng)：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH

2、分類(lèi)

鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。

低壓鎳氫電池具有以下特點(diǎn)：

（1）電池電壓為1.2~1.3V，與鎘鎳電池相當(dāng)；

（2）能量密度高，是鎘鎳電池的1.5倍以上；

（3）可快速充放電，低溫性能良好；

（4）可密封，耐過(guò)充放電能力強(qiáng)；

（5）無(wú)樹(shù)枝狀晶體生成，可防止電池內(nèi)短路；

（6）安全可靠對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)記憶效應(yīng)等。

高壓鎳氫電池具有如下特點(diǎn)：

（1）可靠性強(qiáng)。具有較好的過(guò)放電、過(guò)充電保護(hù)，可耐較高的充放電率并且無(wú)枝晶形成。具有良好的比特性。其質(zhì)量比容量為60Ah/kg，是鎘鎳電池的5倍。

（2）循環(huán)壽命長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)千次之多。

（3）全密封，維護(hù)少。

（4）低溫性能優(yōu)良，在-10℃時(shí)，容量沒(méi)有明顯改變。

三、鋰離子電池

1、含義

鋰離子電池，是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。大致可分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池。

2、工作原理

（1）鋰金屬電池：

鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2

（2）鋰離子電池：

鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

正極材料：可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。

正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。

充電時(shí)：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-

放電時(shí)：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4。

負(fù)極材料：多采用石墨。

負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。

充電時(shí)：xLi++xe-+6C→LixC6

放電時(shí)：LixC6→xLi++xe-+6C

燃料動(dòng)力電池其實(shí)是一個(gè)工程上的含義，目前國(guó)標(biāo)對(duì)燃料動(dòng)力電池的含義是將外部供應(yīng)的燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能、熱能和其他反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)電裝置，可見(jiàn)燃料動(dòng)力電池的重要特點(diǎn)是燃料和氧化劑由裝置外部供應(yīng)，只要供應(yīng)不斷就可以持續(xù)不斷的發(fā)電，在工作模式上更類(lèi)似于發(fā)動(dòng)機(jī)。

現(xiàn)在市面上的鎳氫電池雖然使用的是氫氣，但是氫氣儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，用完了就得充電，所以并不符合燃料動(dòng)力電池的范疇。

假如還是用鎳和氫，電化學(xué)反應(yīng)原理并不改變，但將電池結(jié)構(gòu)改變?yōu)橛赏獠抗?yīng)氫氣，那就是燃料動(dòng)力電池了。