燃料动力锂电池的原理是怎样的？

燃料动力电池的原理

燃料动力电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理，即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。燃料动力电池重要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料动力电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子，电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场用途下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，出现电流。同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料动力电池还会出现一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外，也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时，阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构，以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的用途。为阻挡两种气体混合导致电池内短路，电解质通常为致密结构。

燃料动力电池的组成结构

燃料动力电池的重要构成组件为：电极（Electrode）、电解质隔膜（ElectrolyteMembrane）与集电器（CurrentCollector）等。

1、电极

燃料动力电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。

电极重要可分为两部分，其一为阳极（Anode），另一为阴极（Cathode），厚度一般为200－500mm；其结构与一般电池之平板电极不同之处，在于燃料动力电池的电极为多孔结构，所以设计成多孔结构的重要原因是燃料动力电池所使用的燃料及氧化剂大多为气体（例如氧气、氢气等），而气体在电解质中的溶解度并不高，为了提高燃料动力电池的实际工作电流密度与降低极化用途，故发展出多孔结构的的电极，以新增参与反应的电极表面积，而此也是燃料动力电池当初所以能从理论研究阶段步入实用化阶段的重要关键原因之一。

目前高温燃料动力电池之电极重要是以触媒材料制成，例如固态氧化物燃料动力电池（简称SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（简称YSZ）及熔融碳酸盐燃料动力电池（简称MCFC）的氧化镍电极等，而低温燃料动力电池则重要是由气体扩散层支撑一薄层触媒材料而构成，例如磷酸燃料动力电池（简称PAFC）与质子交换膜燃料动力电池（简称PEMFC）的白金电极等。

2、电解质隔膜

电解质隔膜的重要功能在分隔氧化剂与还原剂，并传导离子，故电解质隔膜越薄越好，但亦需顾及强度，就现阶段的技术而言，其一般厚度约在数十毫米至数百毫米；至于材质，目前重要朝两个发展方向，其一是先以石棉（Asbestos）膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂（LiAlO3）膜等绝缘材料制成多孔隔膜，再浸入熔融锂－钾碳酸盐、氢氧化钾与磷酸等中，使其附着在隔膜孔内，另一则是采用全氟磺酸树脂（例如PEMFC）及YSZ（例如SOFC）。

3、集电器

集电器又称作双极板（BipolarPlate），具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用，集电器的性能重要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。