氫和燃料電池

多年來，世界依賴石油和其他化石燃料發電，正因為如此我們正面臨著全球變暖的問題。燃料電池的電力供應非常干凈、安靜、安全，每個燃料電池都有兩個電極，一個正極和一個負極，分別稱為陽極和陰極，發電的反應發生在電極處。每個燃料電池也有一個電解質，它攜帶一個帶電粒子到另一個電極，以及加速電極反應的催化劑。氫是基本的燃料，但燃料電池也需要氧氣。燃料電池的一大吸引力在于它們沒有發電污染，這是因為用于發電的氫氣和氧氣最終結合在一起形成無害的副產品，即水和熱。

現在，蒸汽重整制氫在生產中大量應用，其效率可以達到80%。

蒸汽重整過程：對于高溫（700-1100°C）的過程，蒸汽（H2O）與甲烷（CH）在吸熱反應中產生氣體。

氣化：CH4+H2O→CO+3H2

在第二階段，在約360℃下通過放熱的水煤氣轉換反應生成額外的氫氣，

CO+H2O→CO2+H2

圖1 氫的來源和生產方式

在質子交換膜燃料電池工作中，氫氣從氫氣罐傳遞到陽極，氧氣傳遞到陰極。當氫與陽極催化劑反應時，它會分解成電子和質子。該質子移動到電解質并且電子移動到提供電力的外部負載電路，然后移動到陰極，在那里它與來自電解質的氫氣和來自大氣的氧氣發生反應。在陰極處，氫、氧質子和電子結合在一起形成水和熱量，副產品是干凈的對環境無害的水。

在正常負載范圍內，燃料電池與柴油機、汽油機相比效率更高。內燃機的最大理論效率為58%，而燃料電池的輸出功率比為83%。

氫能和燃料電池汽車已經在福特和豐田等公司生產，但生產規模不大。正如我們所知，在地球上氫氣不是可直接應用的資源，但它可以通過使用風能和太陽能等可再生能源來生產。目前，氫氣正在通過甲烷或化石燃料來制備。通過整合風能和太陽能氫生產裝置，可以以低成本大規模生產氫。但是氫的單位體積輸出能量低，氫運輸、大型儲氫和高壓氫氣進入儲氫設備等問題仍然亟待解決。