质子交换膜燃料电池

我这个实验涉及的氢气通过电解生成的一部分。在电解，水是分成其组件，氢气和氧气，通过以下的电化学反应:

2 H₂O_(l) → 2 H_{2 （g)} + O_{2 （g)}

有很多一倍作为氧分子产生的氢分子。这种反应不会自发地发生和需要的电能，例如，太阳能电池板的来源。这是一种氧化还原反应。这些类型的化学反应可以分成两个部分: 氧化反应和还原反应。这些被称为半反应。在氧化半反应，电子被释放。在还原半反应，接受电子。

氧化: 2 H₂O_(l) → O_{2 （g)} + 4 H⁺_(aq) + 4 e^-
减少: 4 H⁺_(aq) + 4 e^- → 2 H_{2 （g)}

氢气可以收集并存储用于晚些时候 (PEM) 燃料电池 (图 1)。

这个实验的第二部分涉及到使用存储的氢气作为燃料生产电力，电源风扇。在本实验中使用的燃料电池是质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池就像一个电池，因为它能通过一种化学反应，涉及的电子转移的电力。在质子交换膜燃料电池，一半的反应如下:

氧化: 2 H_{2 （g)} → 4 H⁺_(aq) + 4 e^-
减少: 4 H⁺_(aq) + O_{2 （g)} + 4 e^- → 2 H₂O_(l)

总体的反应是: 2 H_{2 （g)} + O_{2 （g)} → 2 H₂O_(l) + 能量

这些半反应发生在电极 （所经过的电导体）。在质子交换膜燃料电池中，有两个电极: 阳极和阴极。在阳极发生氧化。减少发生在阴极。所以，在质子交换膜燃料电池的阳极，氢气被氧化，和电子被释放入电路。在阴极上，氧气减少，形成了水。在质子交换膜燃料电池质子交换膜分离的两个电极。这层膜允许质子 (H⁺)，流过，但阻止电子从进入膜。因此，电子被迫流过电路 (图 2)。

图 1: 图的电解槽。

图 2: 质子交换膜燃料电池。

在电解过程中，一旦太阳能电池板是连接和暴露在阳光下生成氢气和氧气。它需要大约 10 分钟生成足够多的 H₂气体填充内筒 (表 1)。注意的是多了一倍 H₂ O₂，作为生成平衡方程所示:

2 H₂O_(l) → 2 H_{2 （g)} + O_{2 （g)}

一旦生成 H₂气体和油管连接到燃料电池，燃料电池产生电力，导致风扇旋转。这持续满瓶的 H₂气体大约 10 分钟。

表 1: 时间所需的生成不同的氢和氧的数量

氢是一种灵活的燃料。它可以现场生产供本地使用少量或大量在一个集中的设施。氢可以用于发电用水只作为副产品 （前提是可再生的能源，如风力涡轮机，来源用来生成氢气）。例如，在科罗拉多州博尔德，Wind2H2 项目有风力涡轮机和太阳能电池板连接到电解槽生产氢气从水，然后将其用于存储在他们的氢气加气站。

也可以使用该过程，使汽车在氢气 (H₂) 而不是化石燃料上运行。如果质子交换膜燃料电池安装在一辆车，电可以用来使电机运行。唯一的排气管将水 (H₂O)。从空气污染角度来看，这是有利的。有很多的原型燃料电池车正在开发的主要的汽车制造商。由于目前存储压缩的氢罐上一辆汽车所需量，氢燃料电池主要是空间的在公共汽车上。燃料电池巴士可以发现在世界各地的几个国家。有需要在燃料电池汽车是一个可行的选择，包括提供更多的基础设施，降低成本和增加的使用可再生能源，制作 H₂气体时的内燃机引擎汽车之前解决一些技术问题。

此外，氢燃料电池可用于代替电池之类的视频照相机和收音机。一个例子是 UPP 设备，是一种便携式的电源包可以用于 USB 兼容设备充电的氢燃料电池技术的基础。