质子交换膜燃料电池的应用与发展
我国质子交换膜燃料电池发展情况
我国质子交换膜燃料电池发展情况我国质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，具有广阔的应用前景。
本文将从历史发展、技术特点、应用现状等方面介绍我国质子交换膜燃料电池的发展情况。
一、历史发展质子交换膜燃料电池源于20世纪60年代的研究，随着对清洁能源的需求日益增加，我国在上世纪90年代开始了质子交换膜燃料电池的研究工作。
通过引进国外技术和自主创新，我国在质子交换膜燃料电池领域取得了长足的进展。
二、技术特点1. 高效能：质子交换膜燃料电池具有高效能的特点，能够将氢气和氧气直接转化为电能，转化效率可高达60%以上，远高于传统燃烧发电的效率。
2. 清洁环保：质子交换膜燃料电池的排放物只有水，不产生任何有害气体和颗粒物，对环境污染非常小。
3. 快速启动：质子交换膜燃料电池具有快速启动的特点，启动时间仅需几秒钟，适用于应急电源等领域。
4. 低噪音：质子交换膜燃料电池的工作过程非常安静，噪音水平远低于传统燃烧发电设备。
三、应用现状1. 交通运输领域：我国将质子交换膜燃料电池作为新能源汽车的重要发展方向，大力推广燃料电池汽车。
目前，我国已经建成多个燃料电池汽车充电站，并投入使用一批燃料电池公交车。
2. 电力供应领域：质子交换膜燃料电池可以作为电力供应的备用电源或峰值调峰电源，可以提供可靠的电力支持。
目前，我国已经建成多个质子交换膜燃料电池电站，并投入运营。
3. 无人机领域：质子交换膜燃料电池具有轻巧、高能量密度的特点，适用于无人机等载荷要求高的领域。
我国已经成功应用质子交换膜燃料电池技术在无人机上，提供长时间、高效能的动力支持。
4. 科研领域：质子交换膜燃料电池在科研领域也得到了广泛应用，用于供电实验设备、传感器等。
其高效能、清洁环保的特点使其成为科研实验的理想能源选择。
四、发展前景我国质子交换膜燃料电池的发展前景非常广阔。
质子交换膜燃料电池原理及其应用
质子交换膜燃料电池原理及其应用一、质子交换膜燃料电池原理1.氢气通道：氢气从阴极（负极）流入燃料电池，经过质子交换膜进入阳极（正极）。
2.氧气通道：氧气从阳极的气体通道进入阳极，与氢气发生反应生成水。
3.电子通道：质子交换膜只能允许质子通过，而不能传导电子。
因此，氢气中的电子通过外部电路流入阳极，与氧气发生氧化还原反应，产生电流。
4.燃料供应：燃料电池中常用的燃料是氢气，可以通过电解水或者化石燃料简化系统的供氢方式。
1.高效性：质子交换膜燃料电池具有高效率的能量转化能力，可以将氢气直接转化为电能，能量利用效率高达40%-60%。
2.清洁性：质子交换膜燃料电池的反应产物只有水，不产生任何污染物。
3.快速启动：质子交换膜燃料电池可以在数秒内达到额定功率输出，启动快速。
二、质子交换膜燃料电池的应用1.交通运输：质子交换膜燃料电池可以广泛应用于电动汽车、卡车和公交车等交通工具。
与传统的燃料发动机相比，燃料电池具有更高的能源转化效率和更少的环境污染。
2.能源储备：质子交换膜燃料电池可以作为能源储备设备应用于微型电网、家庭能源系统和太阳能/风能电力系统。
通过将电能转化为氢气存储，可以实现能源的高效利用和持续供应。
3.便携式设备：质子交换膜燃料电池可以应用于便携式设备，如手机、笔记本电脑和摄像机等。
相比于传统的锂电池，燃料电池具有更长的续航时间和更短的充电时间，可以满足现代社会对便携式设备的高能量需求。
4.航空航天：质子交换膜燃料电池也在航空航天领域得到了广泛应用。
由于航空航天领域对能源密度和轻量化的要求较高，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转化设备，为航空航天提供了理想的能源解决方案。
总结：质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的能源转换设备，其工作原理是通过催化剂将氢气氧化为水并产生电能。
质子交换膜燃料电池具有高效性、清洁性和快速启动等特点。
其应用领域包括交通运输、能源储备、便携式设备和航空航天等。
随着清洁能源的需求不断增加，质子交换膜燃料电池有着广阔的发展前景。
质子交换膜燃料电池的研究与应用
质子交换膜燃料电池的研究与应用质子交换膜燃料电池是一种基于氢能源的新兴技术，广泛应用于能源领域。
本文将分析质子交换膜燃料电池的原理、应用、优缺点及发展前景。
一、质子交换膜燃料电池的原理质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢气和氧气转化为电能的设备，其基本原理是将氢气和空气（氧气）分别输送至质子交换膜两侧，并在质子交换膜上发生氧化还原反应，电子通过外部电路流动，氢气通过催化剂氧化还原发生水、热、电能转化的同时，当质子交换膜充满水分子时，则亦成为一种直接利用水中质子的电池，因其效率高，无污染，所以广受青睐。
二、质子交换膜燃料电池的应用质子交换膜燃料电池是一种非常高效且环保的能源转换方式，受到了广泛的应用。
它广泛应用于交通、家庭、商业和军事等领域，包括汽车、发电机、无人机、军事设备等。
在交通领域，质子交换膜燃料电池可以用作汽车或公共交通工具的动力源，它的高效性、清洁性、安全性和可靠性，使它成为未来替代石油燃料汽车最有潜力的选择之一。
特别是在开发氢气加氢站方面，各国政府积极推进相关基础设施建设，以加速质子交换膜燃料电池汽车的普及。
在家庭和商业领域，质子交换膜燃料电池可以用于灯具、空调和热水器等的供电，这些设备与传统燃料电池相比，能更好地控制产生的热量和电量，因此更加安全和高效。
在军事领域，质子交换膜燃料电池则广泛应用于军事船只、潜艇、机器人、航空器等方面，而其快速、高效、安全、稳定的特点则让其成为军方的首选动力源。
三、质子交换膜燃料电池的优缺点质子交换膜燃料电池具有以下优点：1、高效节能：质子交换膜燃料电池的效率是燃油发动机的两倍，能够更加高效利用能源。
2、清洁环保：质子交换膜燃料电池不产生污染物和温室气体，完全符合环保准则。
3、高度可靠：质子交换膜燃料电池在运行时基本不需要维护，具备较强的可靠性。
4、模块化、便携：质子交换膜燃料电池的模块化设计，使得它可以轻易地安装在各种设备中，具有良好的可携性。
质子交换膜燃料电池的实际应用
质子交换膜燃料电池的实际应用质子交换膜燃料电池，听着名字就挺“高大上”的吧？感觉像是啥高科技玩意儿，但其实这东西可不复杂，它是咱们日常生活中一个非常重要的绿色能源技术。
你想啊，电池基本上就是储存能量的工具，可燃料电池可不一样，它就像是一个能“吃”东西然后变电的超级小机器。
你给它加上氢气，它就能生电，不污染，效率还高，简直是环保小能手！简直是新能源汽车、移动设备、甚至太空探索中的超级英雄。
你要说它厉害吧，它一点也不高傲。
就默默无闻地发挥着重要作用，帮助咱们抵挡雾霾和污染，呵护咱们的蓝天白云。
要是你看过新能源汽车，肯定见过那些不冒烟、不发臭的车吧？你猜怎么着？这些车背后的功臣就是质子交换膜燃料电池。
要知道，传统汽车靠的是内燃机，发动机一轰，油烧着了，废气冒出来。
你一看，天上就多了一层“灰蒙蒙”，空气质量立马掉线。
但燃料电池车就不一样了，它“吃”的是氢气和氧气，废气什么的，根本没得说——只有水蒸气。
没错，就是那么干净。
你想想，开着这样的车上路，呼吸的都是新鲜空气，简直是给地球母亲送上一颗甜美的果实。
更厉害的是，这种电池能充电的速度快到惊人，十来分钟就能加满，行驶的距离也不差。
油电混合车？啥？燃油车？不配！燃料电池车直接亮瞎眼，秒杀一切。
说到应用，大家可能觉得这玩意儿好像是科幻电影里的道具，质子交换膜燃料电池早就被实际应用到许多领域了。
想想那会儿，家里电器用的电池大部分还是蓄电池、锂电池什么的。
可是这些电池有一个致命弱点——电量有限，而且充电慢，使用寿命短。
燃料电池就完美解决了这个问题。
举个例子，航天飞机上的燃料电池，不仅能提供动力，还能提供水给宇航员喝。
这不就像是吃饭和喝水都能一体化解决了？多实用啊！再说说移动设备吧。
你看手机、笔记本电脑这些电子设备，电池没个两三年就得换一遍。
而燃料电池的优势就体现在它的续航上，能量密度更高，换句话说就是相同体积下，燃料电池能存储更多的能量。
用这种电池做的设备，基本上能够持续工作更长时间，给你不间断的服务。
质子交换膜燃料电池
船舶领域的应用
燃料电池船舶
质子交换膜燃料电池可以应用于船舶 领域，为船舶提供清洁、高效的能源 。这种技术有助于减少船舶对传统燃 油的依赖，降低排放对环境的影响。
混合动力船舶
在混合动力船舶中，燃料电池可以与 柴油机等传统动力源相结合域的应用
备用电力设施
无人机领域的应用
无人机电力推进
质子交换膜燃料电池可以为无人机提供持久的电力供应，实现长航时、高效率的 飞行。这种技术有助于无人机在军事侦察、环境监测、物流运输等领域的应用。
无人机通信中继
利用燃料电池供电的无人机可以作为通信中继平台，为地面通信设备提供稳定的 通信链路，尤其在偏远地区和应急通信场景中具有重要应用价值。
材料研究
质子交换膜燃料电池的核心材料是质 子交换膜，其性能对电池性能有着至 关重要的影响。未来质子交换膜材料 的研究将更加注重提高质子传导率、 降低膜电阻、提高稳定性等方面，以 提升电池的效率和寿命。
催化剂研究
催化剂是质子交换膜燃料电池中的重 要组成部分，其性能直接影响电池的 效率和稳定性。未来催化剂的研究将 更加注重提高催化活性、降低贵金属 使用量、提高稳定性等方面，以降低 成本和提高电池性能。
电解质
01
电解质是燃料电池中传递离子的介质，通常为液态或
固态。
02
在质子交换膜燃料电池中，电解质起着传递质子的作
用，使电子在外部电路中流动，产生电流。
03
电解质需要具有良好的离子传导性能和稳定性，以确
保电池性能和寿命。
催化剂
01 催化剂是加速电极反应的物质，通常为金属或金 属合金。
02 在质子交换膜燃料电池中，阳极和阴极上都使用 了催化剂，以加速燃料和氧气的反应速度。
质子交换膜燃料电池应用领域
质子交换膜燃料电池应用领域质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）作为一种新型的绿色能源技术，正在逐渐应用于各个领域。
它具有高效能、低污染、静音等特点，受到了广泛的关注和研究。
一、交通运输领域随着全球环保意识的增强，交通运输领域对清洁能源的需求越来越迫切。
质子交换膜燃料电池作为一种高效能的能源转换装置，被广泛应用于电动汽车、无人驾驶车辆等交通工具中。
相较于传统燃油车，质子交换膜燃料电池车辆具有零排放、低噪音、高能量密度等优势，可以有效减少空气污染和噪音污染。
二、航空航天领域质子交换膜燃料电池在航空航天领域的应用也备受关注。
由于其高能量密度和轻量化的特点，质子交换膜燃料电池可以作为航空器的主要能源来源，取代传统的燃油发动机。
这不仅可以提高飞机的续航能力，还可以减少气体排放，降低对空气质量和环境的影响。
三、移动电源领域随着移动电子设备的普及，对于高效、便携的电源需求也日益增长。
质子交换膜燃料电池具有高能量密度和快速充电的特点，可以用作移动电源，为手机、平板电脑等设备提供持久的电力支持。
相比传统电池，质子交换膜燃料电池不仅充电速度更快，而且充电次数更多，使用寿命更长。
四、农业领域质子交换膜燃料电池在农业领域的应用也具有很大潜力。
例如，可以将质子交换膜燃料电池应用于农业机械设备，提供清洁、高效的动力源。
此外，质子交换膜燃料电池还可以用于农村地区的电力供应，解决乡村电网建设和供电不足的问题。
质子交换膜燃料电池的应用领域非常广泛，涵盖了交通运输、航空航天、移动电源、农业等多个领域。
随着技术的不断进步和成本的降低，质子交换膜燃料电池将在未来发展中发挥更加重要的作用，为人类创造一个更加清洁、可持续的未来。
质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景
质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景质子交换膜燃料电池是一种无污染、高效能源的新型技术。
它具有高效率、低污染、轻量化、安全等多种优点，被誉为新能源领域的“明日之星”。
未来几年，随着技术的进一步成熟和市场需求的日益增长，质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景无限。
一、质子交换膜燃料电池的基本原理质子交换膜燃料电池是由“阳极、阴极、电解质和质子交换膜”四个部分构成。
其基本工作原理是将燃料和氧气送入阳极和阴极中。
这两种气体通过反应生成电荷和水，利用连通的电导质来传导电子，产生电流和电能。
在这个过程中，质子交换膜起到了重要的作用，它能够防止负离子通过，只允许氢离子通过，维持阳极和阴极之间的合适离子浓度。
这样，就可以防止反应的中断和浓度极化的问题，提高了反应效率和能量转换效率。
二、质子交换膜燃料电池的优点1、高能效。
质子交换膜燃料电池的能量转换效率可达到60%，远高于传统发电方式的35%~40%，并且在低功率时效率更高。
2、零排放。
质子交换膜燃料电池能够将燃料和氧气转化成电能，所产生的唯一废物为水，不会产生环境污染。
3、轻量化。
质子交换膜燃料电池较其他电池更轻巧，且结构简单，用户操作和维护方便。
4、可靠性高。
质子交换膜燃料电池没有活动部件、振动和腐蚀的问题，寿命长，运行稳定性好，不需多次维护。
三、质子交换膜燃料电池在能源领域中的应用前景1、汽车领域。
质子交换膜燃料电池被广泛应用于汽车领域，可以替代传统内燃机，实现燃料的清洁转换。
目前，已经有许多汽车厂商推出了质子交换膜燃料电池汽车，并计划将其大规模商业化生产。
2、储能领域。
质子交换膜燃料电池不仅可以将化学能转化为电能供电，还可以逆向反应，将电能转化为化学能进行储能。
这使得质子交换膜燃料电池成为未来储能领域的热门选择。
3、航空航天领域。
质子交换膜燃料电池具有发电效率高、噪音小、轻量化等特点，可以在无人机、航天器等领域广泛应用，提高效率、降低重量、提高稳定性。
2023年质子交换膜燃料电池行业市场分析现状
2023年质子交换膜燃料电池行业市场分析现状质子交换膜燃料电池行业是一种新兴的清洁能源技术，被广泛认为是未来替代传统能源的关键技术之一。
目前，质子交换膜燃料电池行业正处于快速发展阶段，市场潜力巨大。
本文将对质子交换膜燃料电池行业的市场现状进行分析。
首先，质子交换膜燃料电池具有高能效、低污染、可再生等优点，因此在能源领域具有广阔的市场应用前景。
目前，质子交换膜燃料电池主要应用于汽车、家用电器、航空航天等领域。
特别是在汽车领域，质子交换膜燃料电池被认为是替代传统燃油汽车的理想选择，因为它具有零排放、长续航里程等优势，可以有效解决传统燃油汽车的环境污染和能源危机问题。
其次，质子交换膜燃料电池行业的市场规模正逐渐扩大。
根据国内外市场调查数据显示，目前全球范围内质子交换膜燃料电池行业的年销售额已经超过了数十亿美元，而且预计在未来几年将持续增长。
特别是在中国市场，质子交换膜燃料电池行业正处于快速发展的阶段，政府对该行业的支持力度也在逐渐增加。
据预测，未来几年中国质子交换膜燃料电池行业的市场规模将达到上百亿元人民币。
再次，质子交换膜燃料电池的技术进展也在不断提升。
随着材料科学和电化学技术的不断发展，质子交换膜燃料电池的性能逐渐得到提高，成本逐渐降低。
目前，质子交换膜燃料电池的功率密度已经达到了数百瓦/平方厘米，效率也在逐步提高。
未来，随着技术的进一步成熟和成本的进一步降低，质子交换膜燃料电池行业的市场前景将更加广阔。
最后，质子交换膜燃料电池行业面临一些挑战。
首先，目前质子交换膜的制备成本较高，成本控制是行业发展的关键。
其次，质子交换膜的稳定性和耐久性仍然存在一定问题，需要进一步进行研究和改进。
此外，质子交换膜燃料电池的氢气供应和储存也是一个难题，需要进一步解决。
综上所述，质子交换膜燃料电池行业具有广阔的市场前景，市场规模逐渐扩大，技术也在不断进步。
然而，行业发展仍然面临一些挑战，需要政府和企业共同努力，加大研发力度，推动质子交换膜燃料电池行业的快速发展。
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质子交换膜燃料电池的应用与发展林圣享学号：405932016118 动力工程及工程热物理2016级研究生（南昌大学机电工程学院，南昌330031）摘要：燃料电池是一种将化学能通过化学反应直接转化成电能的装置。
质子交换膜燃料电池作为新一代发电技术，以其特有的高效率和环保性引起了全世界的关注，极具开发和利用价值。
随着质子交换膜燃料电池技术的不断提高和成本的逐步降低，其在市场上将逐步获得应用。
该文分析了质子交换膜燃料电池的结构和工作原理，对比了各种燃料电池基本属性，阐述了燃料电池当前发展的状态, 探究了其较高的利用效率又不污染环境的能源利用方式对当前能源紧缺和环境污染严重的形势下，进一步明确了质子交换膜燃料电池发展的广阔前景，其作为能源利用的一次变革，必将在宇航、交通以及国防军事等领域发挥的巨大推动作用。
关键词：质子交换膜；燃料电池；利用效率Application and Development of Proton ExchangeMembrane Fuel CellAbstract：A fuel cell is a device that converts chemical energy directly into electrical energy by chemical reactions. Proton exchange membrane fuel cell as a new generation of power generation technology, with its unique high efficiency and environmental protection has aroused the concern of the world, great development and use value. With the proton exchange membrane fuel cell technology continues to improve and gradually reduce the cost of its market will gradually gain application. This paper analyzes the structure and working principle of proton exchange membrane fuel cell, compares the basic properties of various fuel cells, expounds the current development of fuel cell, explores its high efficiency and does not pollute the environment. The current energy shortage and serious environmental pollution situation, to further clarify the proton exchange membrane fuel cell development prospects, as a change in energy use, will be in the aerospace, transportation and defense and other fields play a huge role in promoting.Key words：proton exchange membrane；fuel cell；utilization efficiency引言燃料电池（Fuel Cell）是一种高效、环境友好的新能源发电装置，能将燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能。
在工作原理和方式上，燃料电池与普通电池存在差别：燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是电催化和集流的转换元件，也是电化学反应的场所。
燃料电池是开放体系，活性物质储存在电池之外，只要不断地供给燃料和氧化剂就能连续发电，因而容量很大。
同时，燃料电池还是一个复杂的系统，一般由燃料和氧化剂供应系统、水热管理系统以及控制系统等多个子系统组成。
而普通电池是简单的封闭体系，放电容量有限，活性物质一旦消耗光，电池寿命即告终止，或者必须充电后才能再次使用[1]。
燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂之间的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置[2]。
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"，被誉为是一种继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，也正在美、日等发达国家崛起，以急起直追的势头快步进入能以工业规模发电的行列。
燃料电池具有高能量转换效率、低温快速启动、低热辐射和低排放、运行噪声低和适应不同功率要求，具有非常好的前景[3]。
文中针对燃料电池的基本原理，对质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell）所面临的困难及解决办法进行介绍，并对其发展进行展望。
1 燃料电池技术简介1.1 燃料电池的种类燃料电池种类较多，依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（A F C）、磷酸型燃料电池（P A F C）、熔融碳酸盐燃料电池（M C F C）、固体氧化物燃料电池（S O F C）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
它们的结构成分及属性如表1[2]。
表1 PEMFC种类的比较1.2 燃料电池的研究现状及应用燃料电池的历史可上追溯19世纪。
第一个燃料电池是英国人William Grove于1839年制成的。
1894年，Wilhelm Ostwald从热力学理论上证明，电化学电池的能量转化效率高于热机。
Mond和Langer于1889年重复了Grove的实验，并第一次使用“燃料电池”这一名词。
20世纪初，一些杰出的物理化学家，如Nernst等在燃料电池方面做出了很多努力，但由于受材料技术水平的制约，这些研究受到了限制。
英国人培根在20世纪50年代开发了多孔镍电极，并制造了第一个千瓦级的碱性燃料电池系统。
培根的研究成果后来被应用于美国宇航局阿波罗计划中的宇宙飞船上。
这使得燃料电池从实验走向实用，具有里程碑的意义。
由于在航天领域的应用，燃料电池得到了很大关注。
随着技术的发展，燃料电池的成本也逐渐降低，不仅在航天领域，在陆地使用的燃料电池也受到了人们的关注。
1970年已经出现了以碱性燃料电池为动力的轿车，并实际运行了3年。
到了70年代中期，在空间应用方面达到了很高水平的碱性燃料电池，其研究及开发逐步被磷酸燃料电池的广泛研究和开发所取代。
磷酸燃料电池比碱性燃料电池更适用于电站，其发电功率目前已达到兆瓦级，寿命也已达到实用要求[2]。
由于在电能和热能方面具有的高效率，80年代高温的熔融碳酸盐燃料电池的研究取得很大发展，90年代固体氧化物燃料电池的研究也快速进展。
由于90年代期间对新型膜和催化剂研究的不断深入，质子交换膜燃料电池快速发展。
质子交换膜燃料电池在便携式电源、微型电器电源、机动车电源、潜艇电源等方面的应用正在发展。
因此，由于燃料电池具有高效率、环境友好、安全可靠、操作性能良好，以及灵活方便等特点使其广受关注。
从应用方面来讲，不论在空间技术，还是海面舰艇及潜艇以及陆地的机动车领域，燃料电池技术都得到了应用；从便携式电源、工作电站到发电厂，燃料电池技术都在蓬勃发展。
尽管目前由于燃料电池价格昂贵并且其燃料供应体系不够完善使其技术不够普及，尚不能进行大规模的商业化应用，但从长远来看，高效、环境友好等特点使其将在未来能源中占有越来越重要的地位。
研究燃料电池对于提高我国的清洁能源技术水平是非常有意义的。
1.3 质子交换膜燃料电池的发展趋势质子交换膜燃料电池以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统等，这也将是质子交换膜燃料电池的发展趋势。
其发展趋势具体包括如下四个方面：（1）质子交换膜燃料电池用来发电；（2）质子交换膜燃料电池作为移动式电源的应用；（3）质子交换膜燃料电池作为固定式电源的应用；（4）质子交换膜燃料电池的军事应用前景。
2 质子交换膜燃料电池的结构质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。
其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极[3]。
其结构如图1所示。
图1 质子交换膜燃料电池的结构3 质子交换膜燃料电池工作原理质子交换膜燃料电池是由氢阳极、氧阴极和质子交换膜构成，其原理相当于电解水的“逆”过程[4]。
图2为燃料电池基本单元的组成示意图[5]，通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。
两极之间是电解质。
化学反应式如下：阳极（负极） 2H 2→4H ++4e阴极（正极） O 2+4H ++4e→2H 2O总过程 2H 2+O 2→2H 2O阴极水+热空气催化剂阳极燃料-氢气质子交换膜图2 燃料电池基本单元的组成示意图氢阳极是氢气发生氧化反应而产生质子的场所，氧阴极是氧气发生还原反应并生成水的场所。
质子交换膜的作用是使阳极产生的质子通过该膜到达阴极，与阴极的氧反应生成水，并释放一定的能量。
由于该过程不经过燃烧，因此不受卡诺循环的限制，能量转化效率比较高（汽车内燃机效率仅为14％-18％），可以达到40％-50％。
质子交换膜燃料电池的工作温度为60-100℃，室温下的额定功率为80％[5]，其本质上是将氢和氧通过氧化还原反应生成水，没有任何污染物产生，属于环保型新能源，面对日益严重的环境污染，非常有必要推广使用，被认为是21世纪最为重要的能源动力之一。
燃料电池的反应系统实际上是电池堆[6]。
4 燃料电池的优点1）高效转化——它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，通过氢氧化合作用，直接将化学能转化为电能，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；2）启动迅速——低温快速启动，化学反应迅速，适应负载变化[7]；3）工作安静——燃料电池电池组无机械运动部件，运动部件很少，工作时安静，噪声很低；4）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；5）环境友好——低热辐射和低排放，运行温度低于100℃，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[8]；6）功率可调——适应不同功率要求，燃料电池发电装置由多个单电池可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组，根据需要的功率大小，来选择组装的层数[9]。