燃料电池的发明与实用性探究

燃料电池如图4-1-8所示。燃料电池是将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池的设想最初出现在英国作家威廉姆斯的科幻小说《神秘的小岛》中。如今幻想已成现实，燃料电池已经逐渐走进人们的生活。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。燃料电池既是一种能够产生电能的发电装置，又是一种能储蓄电能的装置。

图4-1-8　燃料电池

1）气体电池设想

1839年，英国科学家格罗夫在研究电池的使用，那时他已经知道电解，知道电流通过水时能产生氢气和氧气。他想知道，这一过程是否可以逆转，即氢和氧结合能否产生电流。为了研制燃料电池，格罗夫准备了两个铂金电极，他将两个电极的一端分别密封在充满氢气和氧气的试管中，又将稀释的硫酸注入一个容器，再把两个电极没有密封的一端浸入容器中。此时，格罗夫发现有微弱的电流在两个电极之间流动。

看到这个情景，格罗夫异常兴奋，这正是他所期望的结果。因为，这个实验让他知道了电解过程是可以逆转的，要是将几个这样的装置连接在一起，便能产生更大的电流。所以格罗夫将这种装置称为气体电池。他相信有朝一日，这种“气体电池”装置可以为人类提供新能源，替代传统矿物燃料。

可惜，当时人们对格罗夫的发明不感兴趣，格罗夫也没有做进一步努力。其实，格罗夫发明的“气体电池”装置，就是世界上最早的燃料电池，如图4-1-9所示。

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图4-1-9　格罗夫的“气体电池”

2）培根电池

尽管格罗夫的“气体电池”没有得到人们的重视，但是，还是有人对它产生了兴趣，他就是英国工程师培根。

培根重新设计了格罗夫的燃料电池方案，但他着眼于实用性。培根知道用铂金作电极是无法推广的，因为铂金是一种贵金属，价格昂贵。他改用镍替代铂金，又用氢氧化钾替代硫酸。这样，既降低了成本，又可以避免金属电极被硫酸腐蚀，延长了金属电极的寿命。

培根进行的另一项改进是采用了多孔电极，在这种电极上有许多小孔，增加了与催化剂接触的面积，使之能更多地接触催化剂，引发更多的化学反应，从而产生更多的电流。

1932年，培根的燃料电池已可工作，能够产生电能，但依然没有引起人们的兴趣。因为培根的燃料电池价格还是比较贵；培根的燃料电池需要纯度较高的氢气和氧气，而制造纯度高的氢气需要花费更多的能量。

尽管这样，培根并没有停止燃料电池的研究。1959年，实用型的培根燃料电池问世，通过电化过程将空气和燃料直接转变成电能，能产生5kW的电量。此后，燃料电池就被运用在美国的卫星上，为卫星上的无线电发射机提供电力。