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Technical articles
更新時間：2018-01-17
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燃料電池是指原電池中的一種類型。原電池式氧分析儀中的電化學反應可以自發地進行，不需要外部供電，其綜合反應是氣樣中的氧和陽極發生氧化反應，反應的結果生成陽極氧化物，這種反應類似于氧的燃料反應，所以這類原電池也稱為“燃料電池”，以便與其他類型的原電池相區別，安裝有這類原電池的分析儀，我們稱之為燃料電池分析儀。由于陽極在反應中不斷消耗，因而電池需要定期更換。
常見的化學燃料電池結構圖（酸性）
1—FEP制成的氧擴散膜；2—電解液（乙酸）；3—用于溫度補償的熱敏電阻和負載電阻；4—外電路信號輸出；5—石墨陽極；6—金陽極
燃料電池式氧分析儀，既可以測量微量氧，也可以測量常量氧。若需要測量常量氧，其測量測量精度和長期使用的穩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，所以測量常量氧，其壽命也較短。因此，它測量常量只適合一般要求不高的場合。而測量微量氧，則是這類儀器的優勢所在，它測量微量氧的下限為PPM級，而順磁氧為：0.1%（1000PPM）O2，精度高的順磁氧也只能達到0.01%（100PPM）O2。
過去，燃料電池的電解質均采用電解液，近20年來，由于固體（糊狀）電解質應用于燃料電池，為了便于區分，我們將前者稱之為液體燃料電池，后者稱之為固體燃料電池。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，尚難預料！
在液體燃料電池中，我們根據燃料電池的性質，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，適合于一般場合，既可測微量氧，也可測常量氧。當樣品氣中含有酸性成分（如CO2、H2S、CL2、SO2、NOX等）時，會與堿性電解液起中和反應并對銀電極有腐蝕作用，造成電解池性能的衰變，出現響應時間變慢、靈敏度降低等現象，因此它不適合酸性成分的氣體測量。
堿性液體燃料電池的結構和工作原理圖
上圖為一款edyne公司的堿性液體燃料電池氧傳感器的原理結構。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極相連，電解液通過上表面陰極的眾多圓孔外溢形成薄薄的一層電解質，電解質薄層的上面覆蓋了一張可以滲透氣體的聚四氟乙烯（PTFE）膜。
樣品氣經過滲透膜進入薄層電解質，氣樣中的氧在電池中進行下述電化學反應：
銀陰極：O2+2H2O+4e－→4OH－
鉛陽極：2Pb+4OH－→2PbO+2H2O+4e－
電池綜合反應：O2+2Pb→2PbO
此反應是不可逆的，OH-離子流產生的電流與樣品氣中的氧的濃度成比例。在沒有氧存在時，不會發生反應，也不會產生電流，傳感器零點。陽極的鉛（Pb）在反應中不斷變成氧化鉛，直到鉛電極耗盡為止，就象某些燃料被氧化燒盡一樣。
5.2燃料電池式使用注意事項：
①燃料電池的壽命與所測氧的濃度有關，濃度越大，陽極消耗越多，電池壽命越短。一旦電池達到壽命，讀數銳減為零，此時應更換燃料電池。
②儀器正常維護量較小，通常3個月量程氣單標一次即可。接近電池壽命耗盡的時候，可通過讀數變化或標定時，電位補償的圈數來判斷，新電池一般為4圈左右，快耗盡的電池，一般在7圈以上，一旦達到7圈，就應考慮更換電池，否則，其后的測量數值就會明顯不準且反應速度慢。
③電池的正常壽命一般為半年左右，從出廠日算起，常備的備用電池要考慮時效性，不要一味儲存燃料電池。
④燃料電池的儲存，將燃料電池密封袋置于充氮保護中。需要更換時再打開密封袋。
注意：備用的燃料電池的短路環應插入短路端中，一旦取下短路環，需將電池迅速裝入分析儀測量腔中。
⑤分析儀停用期間，使用零點氮氣進行吹掃保護或將儀器測量腔兩端的截止閥關閉。
注意1：通常零點氮氣的吹掃保護，要比關閥保護效果要好，建議采用此招。
注意2：高含量的氧（包括空氣）滲入燃料電池測量腔，對燃料電池的壽命影響極大，千萬要注意！
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