燃料电池(03.05)
燃料电池分类及应用
燃料电池分类及应用燃料电池是一种直接将化学能转换为电能的装置，其工作原理是利用氢气与氧气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，产生电能和水。
燃料电池根据催化剂的不同可以分为若干个分类，常见的有酸性燃料电池、碱性燃料电池、聚合物膜燃料电池等。
酸性燃料电池（PEMFC）是最早、也是最具发展前景的燃料电池技术之一。
其催化剂通常采用贵金属（如铂类）催化剂，质子交换膜作为电解质，常使用质子交换膜燃料电池（PEMFC）称呼。
酸性燃料电池的工作温度较低，通常在60-90摄氏度之间。
它具有启动快速、高功率密度、响应速度快、能量转化效率高等特点，因此被广泛应用于汽车、航空航天等领域。
碱性燃料电池（AFC）采用碱性电解质，如氢氧化钾溶液。
其催化剂通常采用铂或镍。
碱性燃料电池的工作温度通常较高，常在50-100摄氏度之间。
碱性燃料电池具有较好的电化学活性和稳定性，然而其难以处理碱性电解质和金属催化剂间的腐蚀问题限制了其实际应用。
聚合物膜燃料电池（PEFC）是一种基于固体聚合物电解质的燃料电池，也称为固体聚合物电解质燃料电池。
与酸性燃料电池类似，PEFC也采用了质子交换膜作为电解质。
PEFC的工作温度通常较高，可达80-140摄氏度。
PEFC具有瞬态响应快、能量转换效率高、启动时间短等优点，但其对纯净氢气的纯度要求较高。
除了以上三种主要的燃料电池分类，还有磷酸燃料电池（PAFC）、碳酸盐燃料电池（MCFC）、氟化物燃料电池（SOFC）等。
磷酸燃料电池（PAFC）使用磷酸液体作为电解质，温度较低，常在150-210摄氏度之间工作，适用于用于大型发电系统。
碳酸盐燃料电池（MCFC）的电解质是碳酸盐盐类溶液，工作温度较高，通常在600-800摄氏度之间，具有高效率、高热功率的特点，但由于温度高，应用范围较为局限。
氟化物燃料电池（SOFC）采用氟化物固体作为电解质，工作温度较高，通常在600-1000摄氏度之间，具有高效率、瞬态响应快等特点，但也面临耐高温和材料选择等方面的技术难题。
燃料电池的工作原理
燃料电池的工作原理燃料电池是一种利用化学能转化为电能的装置，通过将燃料和氧气进行反应生成电能。
它的工作原理是基于电化学反应，下面将详细介绍燃料电池的工作原理。
1. 电解质的选择燃料电池中的关键部分是电解质，它能够提供离子导电功能。
电解质的选择决定了燃料电池的类型，常见的电解质主要包括聚合物电解质和固体氧化物电解质。
聚合物电解质燃料电池（PEMFC）使用聚合物薄膜作为电解质，固体氧化物燃料电池（SOFC）使用氧化物陶瓷材料作为电解质。
2. 燃料的供给燃料电池的燃料可以是氢气、甲醇、乙醇等可再生的氢源。
其中，氢气是最常用的燃料。
燃料进入燃料电池后，与电解质中的催化剂发生反应。
例如，在氢燃料电池中，氢气会在阳极催化剂上发生氧化反应，释放出氢离子和电子。
3. 氧气的供给燃料电池还需要氧气作为参与反应的另一种物质。
氧气一般通过空气供应，供给给燃料电池的阴极。
与燃料在阳极上发生的氧化反应相对应的是阴极上的还原反应。
在还原反应中，氧气与氢离子和电子结合产生水。
4. 电化学反应在燃料电池中，燃料在阳极上发生氧化反应，同时产生氢离子和电子。
电解质中的离子导电功能使得氢离子能够自由通过电解质传递到阴极。
而电子则被强制通过外部电路流动，形成电流。
在阴极上，氧气与氢离子和电子结合，发生还原反应，生成水。
5. 电能输出在燃料电池的工作过程中，通过氧化和还原反应产生的电子形成电流，通过外部电路传输到负载上，实现电能输出。
这时，电子完成了从阳极到阴极的传输，而离子通过电解质完成了从阳极到阴极的传输。
离子和电子的相互传输和反应最终导致了电能的输出。
总结：燃料电池的工作原理是将燃料和氧气进行电化学反应，进而将化学能转化为电能。
其中，电解质的选择决定了燃料电池的类型，燃料和氧气在阳极和阴极上的反应使得离子和电子发生传输和结合，从而产生电流。
通过外部电路将电能传输到负载上，实现燃料电池的工作。
燃料电池因其高效能、清洁环保等特点，被广泛应用于交通运输、能源供应等领域，具有很大的发展前景。
燃料电池介绍
燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电"而是一个“发电厂"。
能源的创造和消费已经成为当今世界不可或缺的根本要素。
通过能源的生产和利用，人们的衣食住行等需求得到了满足，并极大的提高了现代社会的生活质量，推动了现代技术的快速开展。
当前，一方面我们的家居、办公和生产等所需要的大局部能源均来自化石燃料，而一方面，化石燃料的使用在造就人类文明飞速开展的同时，也造成了很大的环境问题，这些环境问题反过来成为了制约人类社会进步开展的羁绊。
此外，人类对化石燃料的无序开采和低效使用与化石燃料储量的有限产生了矛盾，如果不能及时的寻找新的可替代能源，人类在用尽化石燃料后，将面临无能源可用的危机。
幸运的是，近年来出现的一些新的能源生产技术为解决上述问题提供了可能，这些技术包括核能技术、氢能源及燃料电池技术、太阳能技术、风能和生物能技术等。
其中，以燃料电池技术为代表的氢能源受到国内外专家学者和政府机构越来越多的青睐，燃料电池技术被认为是21世纪首选的清洁高效的发电技术，美国把燃料电池技术列为仅次于基因组方案和超级材料后的第三项重要技术加以支持。
燃料电池的原理最早是由WilliamGrove在1839年提出，20世纪50年代培根(Bacon)做了一些先驱性的工作；二十世纪六十年代由通用电气公司开发的质子交换膜燃料电池被美国宇航局用于“双子星座〞航天器的动力源。
随着上世纪80年代中期电池材料和制备技术的突破性进展，使燃料电池的性能大幅度提高，本钱大大降低，民用性和实用化前景较为看好。
而质子交换膜燃料电池发电过程中只产生水作为排放物，其越来越受到电动汽车行业的重视。
美国通用公司、戴姆勒克莱斯勒公司、福特公司和本田公司，德国尼奥普兰汽车公司，日本的丰田公司及瑞典的斯堪尼亚汽车公司等相继研发出了实用的以PEMFC为电源驱动的公共汽车和混合燃料电池车。
燃料电池概念
燃料电池概念引言：- 燃料电池（FuelCell）被认为是一种清洁、高效、可持续的能源技术，被广泛应用于交通运输、能源供应和环境保护领域。
本文将介绍燃料电池的概念、原理、类型、应用以及未来发展方向。
一、燃料电池的概念：- 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置，通过氧化剂与还原剂间电化学反应来产生电力。
其核心原理是利用氢气或其他可燃气体与氧气相结合，通过电化学反应产生电能，并以水和热能为副产品。
二、燃料电池的工作原理：- 燃料电池的工作原理基于两个半反应：氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应发生在氧化剂（通常是氧气）的一侧，其中氧分子分解成氧离子。
还原半反应发生在还原剂（如氢气）的一侧，其中氢离子经过反应产生电子和水。
通过将两个半反应结合在一起，燃料电池能够将化学能转化为电能。
三、燃料电池的类型：- 燃料电池根据不同的电解质和工作温度，可以分为不同类型：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等。
每种类型的燃料电池都有其特定的优点和适用场景，例如PEMFC适合用于交通工具和移动设备，而SOFC适合用于电力供应和大型工业设备。
四、燃料电池的应用：- 燃料电池被广泛应用于各个领域，包括交通运输、能源供应和环境保护等。
在交通运输领域，燃料电池驱动的电动汽车可以提供零排放、长续航里程和快速加注等优势。
在能源供应领域，燃料电池可以作为替代传统燃料的可再生能源，提供可靠的电力供应。
在环境保护领域，燃料电池可以减少有害气体排放，降低温室气体的影响。
五、燃料电池的未来发展：- 随着技术的进步和成本的降低，燃料电池有望在未来得到更广泛的应用。
研究人员正在努力改进燃料电池的效率、稳定性和可靠性，以满足不同领域和应用的需求。
同时，开发更便捷、经济的氢气储存和分配系统也是未来发展的研究重点。
结论：- 燃料电池作为一种清洁、高效、可持续的能源技术，拥有广泛的应用前景。
燃料电池 原理
燃料电池原理燃料电池原理是基于氧气和氢气的化学反应来产生电能，它是一种新型的能源装置，它可以将各种氢源转化化为电能。
燃料电池是一种直接将燃料和氧气化学反应产生电能的装置，与传统的化石能源相比，它具有高能效、低排放、静音和可持续发展等优势。
近年来，燃料电池逐渐成为了能源领域的研究热点。
燃料电池的工作原理基于氢气和氧气的化学反应，通常称为氢氧化电池反应。
该反应的电化学反应可以表述为：H2 + 1/2O2 → H2O在这个反应中，氢气通过氢氧化物质作为电解质，进入阳极，以电子分离为开头的化学反应。
氧气进入阴极，这样在阴极和阳极之间形成了电势差（差异），电路就闭合了，电子从阳极流向阴极，制造出电流，电池就产生了电能。
燃料电池不仅能够使用氢气作为燃料，也可以利用其他的可再生能源，例如：太阳能、生物质等等，同时也可以采用化石燃料，例如：天然气、甲烷、甲醇等等，这样就可以提高能源利用效率，同时减少不良废气的排放。
不同类型的燃料电池有不同的特点和应用，其中最常见的几种类型包括：碱性燃料电池、酸性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、固体氟化物燃料电池和高温氧化物燃料电池。
在实际应用中，燃料电池主要分为三个部分：氢气供给系统、燃料电池本身和电池输出系统。
氢气供给系统包括氢气的存储、氢气的输送和氢气的氧化等工艺。
燃料电池本身主要由阳极、阴极和电解质构成。
电池输出系统则是将产生的电能转换为电能输出，例如将电能用于提供电动汽车或工业设备等。
燃料电池是一种先进的能源转换装置，它具有高效、清洁、低碳、环保、持续性等多种优势，是未来替代化石能源的重要途径之一。
目前，燃料电池已经被广泛应用于许多领域，例如：交通运输、航空航天、家庭应用、工业生产等等。
在交通运输领域，燃料电池有望成为汽车燃料电池的主要驱动方式，可以替代传统燃料汽车，减少温室气体排放和空气污染，改善环境质量。
值得注意的是，与其他电池不同，燃料电池的关键是氢气的储存和输送。
燃料电池
燃料电池科技名词定义中文名称：燃料电池英文名称：fuel cell定义：将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。
所属学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
目录简介能量变化历史中国发展状况国际发展状况特点与原理分类发电系统评估经济性展望调峰能力增加节约配电网的建设费用提高电网的安全性电网管理编辑本段简介燃料电池燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。
总的来说，燃料电池具有以下特点：（1）能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。
目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。
（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
（3）燃料适用范围广。
（4）积木化强规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。
燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。
（5）负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。
编辑本段能量变化燃料电池为了利用煤或者石油这样的燃料来发电，必须先燃烧煤或者石油。
它们燃烧时产生的能量可以对水加热而使之变成蒸汽，蒸汽则可以用来使涡轮发电机在磁场中旋转。
1206《新能源材料》燃料电池
白金价格昂贵，成本居高不下
电极易受CO毒化 启动时间长，不适合作移动电源
熔融碳酸盐型燃料电池 Molten Carbonate Fuel Cell
熔融碳酸盐型燃料电池 Molten Carbonate Fuel Cell
熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解 质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其 电解质是熔融态碳酸盐。
燃料电池工作原理
阳极反应 2H2+4OH-→4H2O+4e阴极反应 4e-+O2+2H2O →4OH总反应 2H2+O2→ 2H2O
燃料电池的种类
以燃料电池之电解质（electrolyte）来区 分，它可分为五种。
若以温度分类 ，可分为三种 高温型、中温型、低温型。
（1）碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell, AFC）
有效利用能源, 低噪音, 没有外 部气体配置,腐 蚀性电解液对材 料的要求非常苛 刻 固体陶瓷体
电解体
氢氧化钾溶液
磷酸
锂和碳酸钾
燃料
纯氢
氢，甲醇天然气
天然气，氢
天然气．煤气沼 气 大气中的氧气
天然气．煤气沼 气 大气中的氧气
氧化剂
纯氧
大气中的氧气
大气中的氧气
系统的电效率
60-90％
43-58％
37-42％
磷酸型燃料电池的优点
Phosphoric Acid Fuel Cells
该燃料电池大都运用在大型发电机组上 电解质为浓磷酸 操作温度大约为150到220℃之间 温度高所以废热可回收再利用 PAFC是目前技术最成熟、应用最广泛和商业 化程度最高的燃料电池。
什么是燃料电池
燃料电池提供动力将是汽车发展的一个重要方向燃料电池是一种高效率、节能、环境友好的绿色动力源，被誉为"21世纪上叶的全球经济原动力"。
燃料电池汽车则以其高效、清洁的优点代表了新一代汽车的发展方向，因而该技术的研发受到了世界各国政府和企业界的高度重视。
以大汽车公司和石油公司为代表的各国企业界对燃料电池的研发极为重视，纷纷组成强大的跨国联盟，投巨资从事开发，力争抢先占领市场。
什么是燃料电池？基本原理燃料电池是一种把贮存在燃料和氧化剂中的化学能，等温地按电化学原理转化为电能的能量转换装置。
燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。
燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电能而驱动负载工作。
燃料电池与常规电池不同在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水，并释放出电能；只要保持燃料供应，电池就会不断工作提供电能。
燃料电池特点高效——它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，其能量转化效率在40-60%；如果实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。
环境友好——以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应物仅为水；以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。
安静——燃料电池运动部件很少，工作时安静，噪声很低。
可靠性高——碱性燃料电池和磷酸燃料电池的运行均证明燃料电池的运行高度可靠，可作为各种应急电源和不间断电源使用。
燃料电池应用燃料电池既适宜用于集中发电，建造大、中型电站和区域性分散电站，也可用作各种规格的分散电源、电动车、不依赖空气推进的潜艇动力源和各种可移动电源，同时也可作为手机、笔记本电脑等供电的优选小型便携式电源。
燃料电池产业的技术发展趋势，主要是在三个级别上针对不同的市场需求而齐头发展，100W～10KW电池面向民用，是移动基站、分立电源、潜艇、电动自行车、摩托车、游艇及场地车等的较佳动力源；10 KW～100KW电池是电动汽车的首选动力源，是整个燃料电池产业发展的方向；100KW以上电池是特殊条件下电站动力源，如军用、边远地区等用途。
燃料电池的工作原理与应用前景
燃料电池的工作原理与应用前景在当今追求清洁能源和可持续发展的时代，燃料电池作为一种具有巨大潜力的能源转换技术，正逐渐引起人们的广泛关注。
它不仅高效、环保，而且在众多领域都有着广阔的应用前景。
燃料电池的工作原理其实并不复杂。
简单来说，它就像是一个“化学能转化为电能的工厂”。
燃料电池通过电化学反应，将燃料（如氢气、甲烷等）和氧化剂（通常是氧气）的化学能直接转化为电能。
在燃料电池内部，有两个电极：阳极和阴极。
燃料（比如氢气）被送到阳极，在催化剂的作用下，氢分子分解成氢离子（H+）和电子（e）。
氢离子可以通过电解质膜向阴极移动，而电子则因为不能通过电解质膜，只能通过外部电路流向阴极，从而形成电流。
在阴极，氧气与通过电解质膜过来的氢离子以及从外部电路过来的电子结合，生成水。
整个过程中，只要持续地向燃料电池供应燃料和氧化剂，它就能不断地产生电能。
而且，与传统的燃烧发电方式不同，燃料电池的能量转换效率非常高，通常能达到 50%至 60%，如果将产生的余热加以利用，综合效率甚至可以超过 80%。
燃料电池的种类繁多，常见的有质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、磷酸燃料电池（PAFC）等。
每种燃料电池都有其特点和适用的场景。
质子交换膜燃料电池具有启动速度快、工作温度低等优点，适用于电动汽车等移动电源领域。
固体氧化物燃料电池则工作温度较高，效率也更高，适合用于大型的固定电站。
接下来，我们来看看燃料电池广阔的应用前景。
在交通运输领域，燃料电池电动汽车（FCEV）是一个重要的发展方向。
与传统的电动汽车相比，燃料电池电动汽车具有续航里程长、加注燃料时间短等优势。
目前，一些汽车制造商已经推出了燃料电池汽车的量产车型，并且在不断加大研发和推广力度。
在分布式能源领域，燃料电池可以为家庭、企业等提供清洁、可靠的电力。
特别是在一些偏远地区或者电力供应不稳定的地方，燃料电池可以作为独立的电源系统，满足当地的用电需求。
什么是燃料电池
什么是燃料电池燃料电池是一种能够将化学能直接转化为电能的设备。
它以燃料和氧气为原料，通过氧化还原反应产生电能。
与传统的化石燃料发电方式相比，燃料电池具有更高的能源转化效率、更低的污染排放以及更广阔的应用前景。
在未来的能源领域中，燃料电池有着巨大的潜力。
燃料电池的基本原理和组成燃料电池的基本原理是通过电化学反应将燃料和氧气转化为电能和热能。
简单来说，燃料电池由负极（阳极）、正极（阴极）和电解质膜三部分组成。
负极（燃料），例如氢气或甲醇，在阳极发生氧化反应，释放出电子和氢离子；正极（氧化剂），即空气中的氧气，与电子和氢离子结合，发生还原反应。
而电解质膜则起着隔离阳、阴极以及传递离子的作用。
燃料电池的分类燃料电池根据燃料的不同可分为多种类型，常见的包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等。
不同类型的燃料电池在适用范围、运行温度和效率等方面存在差异。
例如，质子交换膜燃料电池在低温下运行，适用于小型移动设备，如汽车和便携式电子设备。
而固体氧化物燃料电池则在高温下运行，适用于大型电力设备，如电厂和船舶。
燃料电池的优势和挑战燃料电池相对于传统的燃烧发电方式具有多方面的优势。
首先，燃料电池的能源转化效率高，通常能达到50%以上，远高于传统燃烧发电的30%左右。
其次，燃料电池不产生有害气体和颗粒物排放，对环境友好，有助于减少空气污染和温室气体排放。
此外，燃料电池具有快速启动、噪音低和模块化结构等优势，使得其在移动设备和应急电源领域具有广泛应用前景。
然而，燃料电池的应用仍面临诸多挑战。
首先，燃料电池的成本仍然较高，主要受制于贵金属催化剂的价格。
此外，燃料电池的燃料和氧化剂供应问题也是一个难题。
例如，氢气作为一种主要的燃料，其生产、储存和分配设施的建设尚需加强。
此外，燃料电池的耐久性和稳定性也需要进一步提高，以满足长期工作的需求。
燃料电池的应用领域燃料电池具有广泛的应用领域，包括交通运输、能源供应和移动电源等。
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2燃料电池的分类
燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类 燃料电池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的应用。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类： 1质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell--PEMFC） cell--PEMFC 2碱性燃料电池（alkaline fuel cell--AFC） 3磷酸燃料电池（phosphoric acid fuel cell--PAFC） 4溶化的碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell--MCFC) 5固态氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell--SOFC）
燃料可以是H2、CH4、CH3OH、CO等，氧化剂一般是氧气或空气， 电解质可为水溶液（H2SO4、H3PO4、NaOH等）、熔融盐（NaCO3、 K2CO3）、固体聚合物、固体氧化物等。 发电时，燃料和氧化剂由电池外部分别供给电池的阳极和阴极， 阳极发生燃料的氧化反应，阴极发生氧化剂的还原反应，电解质将两 电极隔开，导电离子在电解质内移动，电子通过外电路做功并构成电 的回路。与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃 料电池就可以连续不断地产生电能。 它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐 中。当电池发电时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出 反应产物，同时也要排除一定的废热，以维持电池工作温度的恒定。 FC本身只决定输出功率的大小，其储存能量则由储存在储罐内的燃料 与氧化剂的量决定。
直 接 燃 料 电 池 混 合 动 力 系 统 结 构
5.2燃料电池汽车的特点
1、效率高 燃料电池汽车路试时可以达到40~50%的效率而 普通汽车只有10~16%。燃料电池汽车总效率比 混合动力汽车也要高。 2、环保 燃料电池电动汽车仅排放热和水——高效、环境 友好的清洁汽车。 3、可持续发展 燃料电池可节省石油。目前令全世界对石油的依 存度，超过警戒线30%，预计2020年>60%。
4燃料电池的现状
目前，使用燃料电池面临的主要问题： 1 燃料问题 氧气可以直接从空气中获得，比较省 力；氢气则需要消耗电能以电解水或在催化剂的作 用下重组碳氢化合物这两种方法获取。但也有人认 为氢可以从天然气中产生，其成本同生产汽油相当。 如将燃料电池高效率因素考虑进来，使用氢将比汽 油更加经济。 2 安全问题 氢气是易燃气体，使用时要防止泄露， 爆炸等危险情况的发生。 阻碍燃料电池推广应用的关键问题还有成本高、 寿命短、体积大等，归根结底还是技术问题。
在电极上的这些反应如下： 阳极： 2H 2 → 4H + + 4e− O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O 阴极： 整体： 2H 2 + O2 → 2H 2O 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低 温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的 一层薄的白金进行催化。 每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。 驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压， 将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存 储器。
2.1质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell--PEMFC）
质子交换膜燃料电池的关 键材料与部件为：1)电催化剂； 2)电极（阴极与阳极）；3）质 子交换膜；4）双极板。 工作时，氢在阳极被转变 成氢离子的同时释放出电子， 电子通过外电路回到电池阴极， 与此同时，氢离子则通过电池 内部高分子膜电解质到达阴极。 在阴极，氧气转变为氧原子， 氧原子得到从阳极传过来的电 子变成氧离子，和氢离子结合 生成水。右图是质子交换膜燃 料电池工作原理示意图
通用汽车 氢燃料电池 车Sequel
Sequel可连续行驶300英里，且能够在10秒内由静止状态加 速到60英里/小时。Sequel燃料电池系统内的氢能源可以被直接 转换为电能。车辆加速时备用高压锂电池系统可向三只驱动电机 提供额外动力；车辆刹车时锂电池系统可以用来储存刹车时回收 的能量以提高车辆的连续行驶能力。其电气系统由三个子系统组 成，其中高压系统为驱动装置提供动力，42V系统为一般电气设 备供电，12V系统为辅助设备提供电源。
1.2燃料电池系统组成
单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它 必需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热 管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组 成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。 1 燃料电池组 2辅助装置和关键设备： (1)燃料和燃料储存器（包括碳氢化合物转化的重整器） (2)氧化剂和氧化剂存储器(3)供给管道系统和调节系统 （包括气体输送泵、热交换器、气体分离和净化装置） (4)水和热管理系统
6燃料电池汽车的研发进展
在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国 政府的重视下，主要国家之污染法规渐趋严格， 因此对低污染车辆之需求势必增加。因而汽车 业界近年来一直致力于开发氢燃料电池车。其 中较为领先的有美国通用、日本丰田和本田等。 国内有上海的超越号，东风的楚天一号。
通用Hy-wire 氢动三号
燃料电池混合动力(FC＋B)系统的一般结构
上图中的电力、电子装置部分包括DC/DC变换器和电 机控制器等，它们之间不同的布置方式会导致燃料电池和 电机驱动系统之间连接形式的不同。 根据这一连接形式的不同可将动力系统结构分为两类: 直接燃料电池混合动力系统,燃料电池与电机驱动系统之间直 接相连;间接燃料电池混合动力系统,燃料电池与电机驱动系 统之间通过DC/DC变换器间接相连。 间接 燃料 电池 混合 动力 系统 结构
3质子交换膜燃料电池的特点及研发 现状
燃料电池种类较多，PEMFC 以其工作温度低、 启动快、能量密度高、寿命长、重量轻、无腐蚀性、 不受二氧化碳的影响，能量来源比较广泛等优点特 别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发 电系统。 由于膜的结构、工艺和生产批量等问题的存在， 到目前为止，质子交换膜的成本是非常高的，约为 每平米600美元。其中膜的成本占20%～30%。因 此降低膜的成本迫在眉睫。据研究计划报道，其第 三代质子交换膜BAM3G，价格将为每平米50美元。
5.3燃料汽车的工作过程
当氢气和氧化剂进入燃料电池后，用燃料电池控制模块对燃料电池的 压力、温度和反应速度以及燃料电池的负荷变化进行控制和调节,控制燃料 电池正常运转和发生故障后的应急处理。在燃料电池运作的过程中,采用热 管理模块和产出物管理模块对废热的使用和排放的H₂O、CO₂、CO等进 行处理，使反应过程连续进行。
2.5固态氧化物燃料电池 （solid oxide f温度比溶化的碳酸盐燃料电池 的温度还要高，其工作温度位于800-1000℃之间。在这种燃料 电池中，当氧阳向离子从阴极移动到阳极氧化燃料气体（主要 是氢和一氧化碳的混合物）使便产生能量。阳极生成的电子通 过外部电路移动返回到阴极上，减少进入的氧，从而完成循环。 阳极反应： CO + O 2− → CO 2 + 2e − H 2 + O 2− → H 2O + 2e − 阴极反应: O 2 + 4e − → 2O 2 − 固态氧化物燃料电池对目前所有燃料电池都有的硫污染具 有最大的耐受性。由于它们使用固态的电解质，这种电池比溶 化的碳酸盐燃料电池更稳定。 固态氧化物燃料电池的效率约为60%左右，具有为车辆提 供备用动力的潜力。
由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生 电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组 所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异 步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。一次充气行驶 里程分别可达400公里和270公里。
通用Hy-wire氢动三号的电池组
2.4溶化的碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell--MCFC)
溶化的碳酸盐燃料电池与上述讨论的燃料电池差异较 大，这种电池不是使用溶化的锂钾碳酸盐就是使用锂钠碳酸 盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化， 产生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢结合生成水，二氧 化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极，在这过程 中发电。 CO32− + H 2 → H 2O + CO 2 + 2e − 阳极反应： 2CO 2 + O 2 + 4e − → 2CO 3 2 − 阴极反应： 这种电池工作的高温能在内部重整诸如天然气和石油 的碳氢化合物，在燃料电池结构内生成氢。且白金催化剂可 用廉价的一类镍金属代替，其产生的多余热量还可被联合热 电厂利用。这种燃料电池的效率最高可达60%。 这种电池需要较长的时间方能达到工作温度，因此不能 用于交通运输。
燃料电池及燃料电池电动车
内容提要
燃料电池(Fuel Cell)的基本原理及组成 燃料电池的分类 质子交换膜燃料电池的特点及研发应用现状 燃料电池的发展趋势 燃料电池汽车基本结构及特点 燃料电池汽车的研发进展
1.1燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
燃料电池通过氧与氢结合成水的简单电化学反应而发电。燃料电池 的基本组成有：电极、电解质、燃料和催化剂。二个电极被一个位于这它 们之间的、携带有充电电荷的固态或液态电解质分开。在电极上，催 化剂，例如白金，常用来加速电化学反应。 下图为燃料电池基本原理 示意图。
500kw质子交换膜燃料电池
2.2碱性燃料电池（alkaline fuel cell--AFC）
碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间 任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。 碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似， 但其使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。电化学反 应： 阳极反应：2H + 4OH − → 4H 2O + 4e − 阴极反应：O 2 + 2H 2O + 4e− → 4OH − 碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此启动也很快， 但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽 车中使用显得笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的， 因此可用于小型的固定发电装置。