燃料电池简介
燃料电池的概念
燃料电池的概念什么是燃料电池燃料电池是一种利用氢气和氧气等反应物直接生成电能的装置，其工作原理类似于常规电池，但是燃料电池具有可持续使用的特点。
燃料电池通过将化学能转化为电能，成为一种清洁、高效、环保的能源转换技术。
燃料电池的工作原理燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。
阳极和阴极之间的电解质负责离子传递，而阳极和阴极上的催化剂则促进氧气和氢气等反应物的电化学反应。
当氢气进入阳极时，其中的氢离子（H+）通过电解质传递到阴极，而电子则在外部电路中流动，形成电流。
在阴极处，氧气与氢离子和电子发生反应，生成水和热量。
整个过程中，电化学能转化为电能，实现了能量的转换。
燃料电池的类型燃料电池可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池是一种常用的燃料电池类型。
其特点是具有高效率、响应速度快以及体积轻巧等优点，适用于移动设备和汽车等领域。
2. 碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池在碱性条件下工作，其电解质为氢氧化钾（KOH）溶液。
碱性燃料电池具有较高的能量密度和效率，但耐腐蚀性较差，适用于航空航天和海洋等领域。
3. 磷酸燃料电池（PAFC）磷酸燃料电池采用磷酸作为电解质，具有较高的热效率和电效率。
它在稳定性和可靠性方面表现出色，适用于一些固定应用，如公共服务和工业领域。
4. 氧化铜燃料电池（SOFC）氧化铜燃料电池利用固体氧离子传递氧气，在高温下工作。
它具有高效率和高耐久性等优点，适用于大型电网和工业领域。
燃料电池的应用燃料电池在能源领域有着广泛的应用前景，以下是一些应用案例：1. 交通运输燃料电池在交通运输领域有着巨大的潜力。
燃料电池汽车可以使用氢气作为燃料，不产生尾气污染物，且续航里程长，充电速度快。
目前，一些汽车制造商已经推出了燃料电池汽车，并在一些城市实施了氢气加气站的建设。
2. 电力供应燃料电池可以作为电力供应的替代来源。
特别是在一些偏远地区或灾后重建中，燃料电池可以提供可靠的电力供应。
燃料电池简介
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
质子交换膜燃料电池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。 • 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。 • 质子交换膜燃料电池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。可以考虑用来发展燃料电池汽车 （FCEV）。
……
燃料电池的发展现状
燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电 源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供 电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。 根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型 (Stationary)、交通运输型(Transport)； 2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录 的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的 是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即 质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能 源汽车。
燃料电池概述
燃料电池概述随人口增长和人类生活方式的改变，对能源的需求量日益增加。
根据IEA （International Energy Agency）2016年的报告，2040年全球的能源消耗量将增加到2012年的1.5倍。
因此，发展清洁，可再生的能源十分重要。
与此同时，另一个人类面临的难题是地球上这些不可再生的化石燃料其储量有限。
经过科研技术人员多年努力，不同的清洁能源例如太阳能，风能，化学转化能源等相继获得发展和应用。
其中以氢气为燃料的燃料电池凭借清洁无污染、能量转化效率高等优点受到高度关注。
1、燃料电池发展历史燃料电池最早的原型装置是在1839年由英国的William Robert Grove发明。
但受制于当时的技术瓶颈及内燃机的大放异彩，燃料电池造价昂贵且耐久性差，并没有得到人们过度的关注。
伴随着人类对于石油将会枯竭的恐惧，以及1980年后Dupont公司发明的含氟高分子电解质膜Nafion使得质子交换膜燃料电池的耐久性得到较大幅度的提升，燃料电池作为下一代清洁能源的强有力候选再一次吸引广大关注。
在过去的二十年，降低成本和性能提升方面的突破使得燃料电池在和传统能源比较时更具竞争力。
越来越多的燃料电池在各个领域得到应用。
2005年以来日本政府推出面向家庭的燃料电池ENE·FARM，截至2018年3月，该项目已经部署了超过二十万套家用燃料电池设备，实现了家用燃料电池的商业化。
燃料电池汽车（Fuelcellvehicle，FCV）的发展同样引人注目，自丰田2014年发布全球首辆FCV “Mirai”以来，本田、日产、宝马、通用、现代等全球知名汽车厂商近年来竞相推出各自的FCV，不禁让人联想燃料电池汽车的时代已经到来。
2、燃料电池的分类燃料电池通常根据电解液的种类或者燃料种类进行分类。
燃料电池的类型主要有质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）、固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。
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
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。
燃料电池简介
H2 2H++2e
阴极：
1/2O2+2H++2e
H2O
燃料电池的分类
目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展：
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）
采用氢氧化钾溶液作为电解液
磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）
总结
燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场 深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各 方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供 电带进一种分散供电的新时代。
燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使 全球气候变暖问题，解决了火力发电使全球环境污染的问 题，是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现 燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有 所作为，跟上全球技术发展的步伐。
DMFC：直接甲醇燃料电池； MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池； PAFC：磷酸盐型燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
燃料电池的发展现状
全球燃料电池生产数量的区域分布
资料来源：Fuel Cell Today
最新科技
------美国空军学院研究无人机用氢燃料电池技术
我国研究开发进展
我国2类碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验。 国家已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目，以大连化学物理所 为牵头单位，在国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系 统的研究，并组装了多台各种功率（1kw~25kw）的电池组和电池系
采用200℃高温下的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）
燃料电池
3直接甲醇燃料电池： 以甲醇为燃料, 燃料来源丰富,无污染, 具 有广泛的应用前 景.清华大学化学有机光电子与分子工程 实验室研究出一 种新的催化剂,在在水/AOT/环己烷反胶束 体系中, 制备的tSn/C 催化剂.（ 反胶束法是一种常见的制 备纳米颗粒的方 法, 不仅对设备要求简单, 而且可以通过 其内部形成的“纳 米反应池”来制备大小和形状可控的纳米 颗粒, 利用反胶束 法制备的催化剂明显提高了传统催化剂抵 抗中毒的能力。）
但是现在国际上每辆氢源燃料电池汽车的成本，一 般在100万美元到200万美元之间，造价的确非常昂 贵， 当前，国际上燃料电池又进入了新一轮研究，与早 些年的热血沸腾、踌躇满志相比，现在人们对燃料 电池车的研究持更加冷静的态度。2000年之前，各 国主要是投入造车和示范，从2001年到现在，各国 在继续进行示范的同时，都将重点重新转向应用基 础研究。希望通过研究燃料电池各种基础性的问题， 找到解决车用燃料电池寿命问题的根本办法。（例 如研究氢能本身的技术问题、制氢和储氢技术、高 效的氢能转换技术等。）即找到解决车用燃料电池 （汽车的动力源）动态响应、环境适应性与降低贵 金属担量等影响电池寿命、成本的办法。
二.燃料电池的特点
优点
（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。
燃料电池简介
Christian Friedrich Schonbein
William Robert Grove
1.2 燃料电池的分类 燃料电池可以按工作温度、电解质类型、结构特点和所用燃 料的不同分为多种类型。 按温度可将燃料电池分为低温、中温、高温型。 按燃料的来源可分为直接型、间接型和再生型。 不过常用的分类方法还是按电解质类型来分。 到目前为止，已开发的燃料电池按照电解质类型分为五种 。
1.3 燃料电池的原理（以质子交换膜燃料电池为例） 燃料电池的原理（以质子交换膜燃料电池为例） 燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为低压直流 电的装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和 水。燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置。在 电解水过程中，外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电 池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。
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燃料电池简介
燃料电池可将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能。
当不断从外部供给燃料和氧化剂时，可以连续发电。
燃料电池被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代能源动力系统，对解决能源污染和环境污染这两大难题具有重要意义。
质子交换膜燃料
电池工作原理示意图电池组示意图
气体扩散层－炭纤维纸
燃料电池中炭纤维纸的作用
高性能的炭纤维纸是一种广泛应用于质子交换膜燃料电池电极中的气体扩散层材料。
气体扩散电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，而气体扩散层是电极的重要组成材料。
目前，炭纤维纸的生产国家主要有日本、德国和加拿大等国。
炭纤维纸还可用作抗静电包装材料、电磁屏蔽材料和电加热器件等。
5kw质子交换膜燃料电池500kw质子交换膜燃料电池
燃料电池组燃料电池发动机
2000年,研制成功30kW氢气/氧气燃料电池发动机,成功用于我国第一台燃料电
池电动中巴车
燃料电池中极板的作用及选用材料极板又称集流板，它取代单电池的外壳作为电池间的电连接，负责收集电池产生的电流。
目前所用材料为：金属、膨胀石墨、石墨－树脂复合材料、纤维增强石墨－树
脂复合材料等。
便携式质子交换膜燃料电池可用东芝计划开发的手机燃料电池
作笔记本的电源
福特福克斯燃料电池汽车
安装在柏林的燃料电池电站。