1.1.3　电化学发电

电化学发电方式通过电化学装置,将储存在反应物中的化学能直接转化为输出电能。

化学反应与电化学反应的区别:

如图1.8以简单的氢气燃烧反应为例,化学反应过程中氢气和氧气直接接触反应生成水,并释放热量,反应过程中氢原子的电子直接迁移到氧原子,H₂O中含2个H+、1个O2-。电化学发电原理可简述为:如何在分子间反应的电子迁移路径上直接介入负载做功[1],从而避开燃烧,实现最短的能量转化路径和更高的转化效率?因此,一个典型的电化学能量转化设备一般需包括三个基本要素(以简单的氢氧反应为例说明),如图1.9所示:

① 将氧化物和还原物分隔在两个不同的空间,避免直接接触反应;

② 纯的离子传导路径(电子传导绝缘防止漏电),用于传导离子电荷;

③ 电子传导路径,用于传导电子电荷。

图1.8　氢气燃烧化学反应与电化学反应的区别

图1.9　电化学能量转化设备三要素及其对应的部件组成

对应的电化学能量转化单元的部件包括电解质(离子导体、电子绝缘体、分割氧化物和还原物)、广义正极(正极、金属集流件)、广义负极(负极、金属集流件)。其中由于正负极电子电导率并不十分高,因此需要金属集流件来减少电子电流收集和传输过程中的欧姆损失。如图1.10所示为聚合物蓄电池和柱状型蓄电池结构组成示意图。图1.11所示为典型的平板型固体氧化物燃料电池结构组成示意图。

图1.10　(a)聚合物蓄电池结构示意图;(b)柱状型蓄电池结构示意图