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燃料電池是指原電池中的一種類(lèi)型。原電池式氧分析儀中的電化學(xué)反應(yīng)可以自發(fā)地進(jìn)行，不需要外部供電，其綜合反應(yīng)是氣樣中的氧和陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果生成陽(yáng)極氧化物，這種反應(yīng)類(lèi)似于氧的燃料反應(yīng)，所以這類(lèi)原電池也稱(chēng)為“燃料電池”，以便與其他類(lèi)型的原電池相區(qū)別，安裝有這類(lèi)原電池的分析儀，我們稱(chēng)之為燃料電池分析儀。由于陽(yáng)極在反應(yīng)中不斷消耗，因而電池需要定期更換。

 

常見(jiàn)的化學(xué)燃料電池結(jié)構(gòu)圖（酸性）

1—FEP制成的氧擴(kuò)散膜；2—電解液（乙酸）；3—用于溫度補(bǔ)償?shù)臒崦綦娮韬拓?fù)載電阻；4—外電路信號(hào)輸出；5—石墨陽(yáng)極；6—金陽(yáng)極

燃料電池式氧分析儀，既可以測(cè)量微量氧，也可以測(cè)量常量氧。若需要測(cè)量常量氧，其測(cè)量測(cè)量精度和長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性肯定不如順磁氧效果好，且電池的壽命因與氧濃度有關(guān)，所以測(cè)量常量氧，其壽命也較短。因此，它測(cè)量常量只適合一般要求不高的場(chǎng)合。而測(cè)量微量氧，則是這類(lèi)儀器的優(yōu)勢(shì)所在，它測(cè)量微量氧的下限為PPM級(jí)，而順磁氧為：0.1%（1000PPM）O2，精度高的順磁氧也只能達(dá)到0.01%（100PPM）O2。

過(guò)去，燃料電池的電解質(zhì)均采用電解液，近20年來(lái)，由于固體（糊狀）電解質(zhì)應(yīng)用于燃料電池，為了便于區(qū)分，我們將前者稱(chēng)之為液體燃料電池，后者稱(chēng)之為固體燃料電池。兩者相比，固體燃料電池比液體燃料電池有一定的*性，但固體能否取代液體，尚難預(yù)料！

在液體燃料電池中，我們根據(jù)燃料電池的性質(zhì)，又將液體燃料電池分為堿性燃料電池和酸性燃料電池。

5.1堿性液體燃料電池氧傳感器

堿性液體燃料電池由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成，適合于一般場(chǎng)合，既可測(cè)微量氧，也可測(cè)常量氧。當(dāng)樣品氣中含有酸性成分（如CO2、H2S、CL2、SO2、NOX等）時(shí)，會(huì)與堿性電解液起中和反應(yīng)并對(duì)銀電極有腐蝕作用，造成電解池性能的衰變，出現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間變慢、靈敏度降低等現(xiàn)象，因此它不適合酸性成分的氣體測(cè)量。

 

堿性液體燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖

上圖為一款Teledyne公司的堿性液體燃料電池氧傳感器的原理結(jié)構(gòu)。它是由銀電極+鉛電極+KOH堿性電解液組成，接觸金屬片作為電極引線分別與陰極和陽(yáng)極相連，電解液通過(guò)上表面陰極的眾多圓孔外溢形成薄薄的一層電解質(zhì)，電解質(zhì)薄層的上面覆蓋了一張可以滲透氣體的聚四氟乙烯（PTFE）膜。

樣品氣經(jīng)過(guò)滲透膜進(jìn)入薄層電解質(zhì)，氣樣中的氧在電池中進(jìn)行下述電化學(xué)反應(yīng)：

銀陰極：O2+2H2O+4e－→4OH－

   鉛陽(yáng)極：2Pb+4OH－→2PbO+2H2O+4e－

   電池綜合反應(yīng)：O2+2Pb→2PbO

此反應(yīng)是不可逆的，OH-離子流產(chǎn)生的電流與樣品氣中的氧的濃度成比例。在沒(méi)有氧存在時(shí)，不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)產(chǎn)生電流，傳感器優(yōu)良零點(diǎn)。陽(yáng)極的鉛（Pb）在反應(yīng)中不斷變成氧化鉛，直到鉛電極耗盡為止，就象某些燃料被氧化燒盡一樣。