各位前輩，小弟正在研究一個叫“等離子燃料電池”的發(fā)明項目，其中需要用到比較特殊的電源：
1、輸入電源12V電瓶；
2、輸入總功率小于300W；
3、輸出兩路獨立的空氣電??；
4、輸出電弧波形為交流脈沖；
5、兩路電弧波形同步，即同頻同相；
6、輸出的兩路獨立電弧電流可以獨立調(diào)節(jié)，范圍為大于0.5A，小于2A
我已經(jīng)搞定了逆變部分，但電弧的引弧和電弧的穩(wěn)定控制實在搞不定，望指教。
順便把我研究的項目做個介紹，便于理解：
等離子燃料電池
燃料電池是一種利用燃料的電化學(xué)反應(yīng)輸出電能的新型發(fā)電系統(tǒng)，具有節(jié)能、環(huán)保等特點，解決了內(nèi)燃機能源利用效率低，能耗高和充電電池續(xù)航能力差，充電時間長等缺點，將徹底取代內(nèi)燃式發(fā)動機，廣泛用作下一代電動汽車、電動自行車、移動式發(fā)電機，以及徹底取代火力發(fā)電站等。
但當(dāng)前的燃料電池技術(shù)由于需要使用貴重金屬催化劑和電解質(zhì)膜，均存在成本太高，燃料單一（只能使用純氫氣做燃料）等阻礙其商用的技術(shù)問題。為了解決現(xiàn)有燃料電池的商用問題，我們提出了“采用物理方法輔助實現(xiàn)燃料的電化學(xué)反應(yīng)”來替代現(xiàn)有燃料電池的“純電化學(xué)反應(yīng)”，因而取消了貴重金屬催化劑和電解（膜）的使用，使燃料電池的成本得到有效控制，將燃料種類拓寬到天然氣、乙醇、汽油等，將使燃料電池的廣泛應(yīng)用有了新的實現(xiàn)可能。
等離子燃料電池原理
現(xiàn)有燃料電池原理和技術(shù)
目前燃料電池技術(shù)主要有五種：堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等，其工作原理如圖1
圖 1
在質(zhì)子交換膜燃料電池中
首先，燃料（H2）在陽極催化劑的作用下被離解，釋放出電子和質(zhì)子（正離子）；
然后，由于陽極附近的正離子濃度高于陰極附近的正離子濃度，正離子發(fā)生濃差擴散運動，穿過質(zhì)子交換膜向陰極移動，而電子不能穿過質(zhì)子交換膜，只能聚集在陽極表面；
最后，到達(dá)陰極附近的正離子與來自陰極并經(jīng)過催化劑作用的氧原子相遇，有形成比燃料分子化學(xué)鍵結(jié)合能更高的新化學(xué)鍵的趨勢----這個趨勢就是電化學(xué)電動勢；在這個趨勢的作用下，被吸附在陽極表面的電子通過外電路移動到達(dá)陰極，使正離子和氧原子獲得電子，生成新的產(chǎn)物，完成電化學(xué)反應(yīng)。電子通過外電路移動形成了電流，對外輸出電能。
在固體氧化物燃料電池中
首先，燃料（H2）在陽極被離解，釋放出電子和質(zhì)子（正離子）；
然后，由于處于高溫的固體氧化物電解質(zhì)（YSZ）中存在大量自由負(fù)氧離O-，在陽極與YSZ的接觸面上，由于正離子和O-有形成比燃料分子化學(xué)鍵結(jié)合能更高的新化學(xué)鍵的趨勢（電化學(xué)電動勢），因此正離子與O-直接發(fā)生離子反應(yīng)生成新的產(chǎn)物，消耗掉了正離子和O-。在濃度差作用下，使陰極附近的O-向陽極表面不斷移動，在陰極差生產(chǎn)一個正電勢。在這個電勢的作用下，被吸附在陽極表面的電子通過外電路移動到達(dá)陰極，并把陰極表面的氧分子還原成O-，進入YSZ并向陽極不斷移動，使整個反應(yīng)得以繼續(xù)和循環(huán)。同樣電子通過外電路移動形成了電流，對外輸出電能。
以上過程可以由以下流程圖2說明：
圖 2
在這個過程中，電子在外電路中形成電流，對負(fù)載做功，對外輸出電能。其實質(zhì)為圖3：
圖 3
根據(jù)以上分析，燃料電池的工作過程可以分為3個階段：
第一階段，燃料分子被離解（或叫激活）成離子態(tài)（燃料正離子和電子），為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造條件；
第二階段，燃料正離子和電子被分開，通過不同的路徑與氧原子相遇，為電化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造條件。比如，正離子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，而電子不能通過質(zhì)子交換膜傳遞，只能通過陽極和外電回路達(dá)到陰極；
第三階段，氧氣分子和燃料正離子相遇，形成電勢，并通過外電路獲得來自陽極的電子，完成化學(xué)反應(yīng)，生成新的產(chǎn)物。陽極電子源源不斷通過外電路回到陰極形成電流，以電能的形式釋放出燃料的化學(xué)能。
現(xiàn)有燃料電池技術(shù)的不足分析
1、燃料離解階段，使用貴重金屬做催化劑，這是造成燃料電池成本高和燃料單一問題的重要原因，比如堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等；
2、正負(fù)離子分離階段，采用的電解質(zhì)為新型材料，價格昂貴，比如質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)；或者采用液體電解質(zhì)，出現(xiàn)腐蝕等問題，比如磷酸型燃料電池(PAFC)；并且電解質(zhì)的電導(dǎo)太小，傳輸損耗大，比如固體氧化物燃料電池（SOFC）
磁驅(qū)動電弧等離子體燃料電池設(shè)想
思路及方法
1、用電弧放電等離子體的方法替代催化劑離解方法，使燃料電離；這樣可以取消貴重金屬催化劑，而且由于不存在考慮催化劑CO中毒的問題，可以將燃料種類拓展到含碳燃料，例如甲烷（CH4），酒精（C2H5OH）；
2、利用磁場力使正負(fù)離子（電子）分離，替代電解質(zhì)的作用，使電子和離子經(jīng)過不同的路徑到達(dá)陰極；這樣可以取消電解質(zhì)（膜），有效降低成本；
技術(shù)原理
電弧放電獲得大量高速流動的正負(fù)離子，流動的正負(fù)離子將明顯受到垂直方向磁場的作用。根據(jù)洛倫茲力原理，正負(fù)離子將圍繞磁力線作方向相反的圓周運動，其結(jié)果是電弧在垂直磁場中被拉伸，正負(fù)離子被分開。在被分開的正負(fù)離子的運動方向上分別放置采集板，就可以實現(xiàn)正負(fù)粒子的分離收集，這樣就實現(xiàn)了燃料分子的離解和正負(fù)離子的分離，為實現(xiàn)燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了條件【1】。如圖4
圖 4
實際的實驗結(jié)果是：以空氣為放電氣體，放電電流在2A左右，以兩塊25W揚聲器上的永久磁鐵南北極相對應(yīng)間隔8cm形成磁場（具體磁場強度沒有測試），獲得了最大5V的輸出電壓和最大30A的輸出電流；另一次以電腦硬盤內(nèi)的永久磁鐵相隔5cm形成的磁場，獲得了開路150V的輸出電壓，短路電流沒有測試。
以上實驗表明，氣體已經(jīng)被電離成了包含大量正負(fù)離子的等離子體，磁場已經(jīng)把正負(fù)離子分開，形成一定的電勢差，并且這樣的電勢差與磁場強度有關(guān)。磁場越強，被分離的正負(fù)離子就越多，輸出電壓越高，反之也然。
以上實驗結(jié)果實際上等同于磁流體發(fā)電，不同的是這里發(fā)電輸出的能量不是來自燃料的化學(xué)能，而是放電電弧的能量，因此不是真正意義上的發(fā)電。
為了實現(xiàn)燃料的電化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)真正意義上的發(fā)電，需要把燃料氣體(或經(jīng)汽化處理的液態(tài)燃料)和空氣（氧氣）的混合氣體作為在以上裝置內(nèi)的電離氣體，使燃料以電化學(xué)的方式完成反應(yīng)，以輸出電能的形式釋放化學(xué)能【2】。
等離子體燃料電池的工程實現(xiàn)
需要解決的工程問題
根據(jù)以上原理做了大量實驗，實驗中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)需要解決多個關(guān)鍵問題：
1、穩(wěn)定的電弧放電；
實驗發(fā)現(xiàn)，在垂直磁場驅(qū)動下的電弧放電，由于電弧被拉伸，出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象，且由于電極被氧化，重新啟動困難，因此放電很不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了離子的采集和輸出，如圖 5
圖 5
為了解決此問題，參考空氣等離子切割機的電弧放電槍結(jié)構(gòu)，采用磁場驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)電弧結(jié)構(gòu)就能實現(xiàn)。如圖6
圖 6
具體實驗發(fā)現(xiàn)，以上電弧旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)能夠很好的實現(xiàn)穩(wěn)定放電。
2、高效的離子采集能力；
在之前的實驗裝置中，將放電電極和采集輸出電極分開，相互絕緣。這樣做的好處是輸出負(fù)載的大小對放電能力沒有影響。但實驗中發(fā)現(xiàn)，為了保證放電電極和采集輸出電極相互絕緣，他們之間必須保證有一定間隙距離。但在強磁場下，被分離的離子都以較小的半徑圍繞放電電極端點作圓周運動，大部分離子都集中在放電電極端點附近表面，沒有撞擊到采集電極表面，因此采集效果很差。而且磁場越強，這個現(xiàn)象越明顯，如圖7
圖 7
為了不降低磁場對電極的保護作用和對正負(fù)離子的分離能力，需要保證一定強度的磁場強度，又要有效采集到正負(fù)離子，需要將放電電極和采集電極合二為一。為了使負(fù)載對放電不產(chǎn)生影響，以上思路需要在2個以上獨立放電電源形成電堆的情況下實現(xiàn)，如圖8
圖 8
實際上，離子的空間反應(yīng)過程也比較困難，通過電極間的合理邏輯排列，和對電源做出改進，此問題可以得到解決。
電堆的實現(xiàn)和工作過程
以上工程問題的綜合解決，電堆實現(xiàn)如下：
如圖11
圖 9
基于以上思路，只要兩個獨立放電電源即可解決“負(fù)載影響放電能力的問題”，因此考慮將每個放電電源做成具有寬間隙放電能力的電源，在其每個放電間隙中放置中間電極，可形成多個電弧，也就形成了多個電池單元，這樣可以減少電源數(shù)量。
通過電極間的合理邏輯排列，可以實現(xiàn)
的關(guān)系，其中N為等離子燃料電池電堆中電池單體數(shù)量，n為電源數(shù)量，2n為電極數(shù)量，x為插入的中間電極的數(shù)量，這樣可以使用多個普通電源實現(xiàn)電堆，降低對電源的技術(shù)要求。
