最新燃料电池的分类及应用
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。
新型燃料电池的研究与应用
新型燃料电池的研究与应用一、燃料电池简介燃料电池是一种将氢气或其他一些燃料（如甲醇、乙醇等）的化学能转换成电能的装置。
燃料电池是一种清洁的、高效的能源转换技术，主要应用在移动设备、汽车和住房等领域，是未来能源领域的一个重要方向。
燃料电池相对于传统电池的优势在于，它们的能源密度更高，可以在更长时间内持续运作。
而且，燃料电池的排放只是水和热能，因此它们是一种非常清洁和环保的能源。
二、新型燃料电池的研究1. PEM燃料电池PEM燃料电池是一种利用质子交换膜作为电子分离和传输媒介的燃料电池。
PEM燃料电池主要应用于移动设备、汽车和船舶等领域。
由于它们的反应速度快、效率高、可调节输出功率、能够在低温下工作等特点，因此成为燃料电池研究的一个重要方向。
2. 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种利用氧离子作为电荷载体的高温燃料电池。
它们的工作温度通常在600°C至1000°C之间，其主要优点包括高效率和高功率密度。
但它们的制造需要高温处理，制造成本较高，因此尚未得到广泛应用。
3. 革命性燃料电池由于传统燃料电池需要使用贵重金属催化剂来加速反应速度，这导致了成本高昂的问题。
因此，新型燃料电池的发展旨在解决这个问题。
最近，研究人员在使用金属-有机框架（MOF）在无催化剂的条件下促进燃料电池反应的过程中，取得了重大的突破。
这些革命性的燃料电池可以将氢气转换成电能，并且在没有贵重金属的情况下效率仍然非常高。
三、新型燃料电池的应用1. 汽车燃料电池汽车是一种使用燃料电池作为动力来源的电动汽车。
与传统汽车相比，它们的性能更加出色，可以在更长时间内驱动，而且它们排放的是水而不是有害气体，因此是一种非常清洁和环保的能源。
但是，目前燃料电池汽车的制造成本依然较高，因此它们的普及还需要一定的时间。
2. 移动设备移动设备通常需要更小、更轻、更可靠的电源，燃料电池可以满足这些需求。
相比于传统电池，燃料电池的能量密度更高，更加轻巧，因此适用于某些特殊的移动设备，如无人机、机器人、手持终端等。
新型燃料电池的发展和应用
新型燃料电池的发展和应用随着环境污染不断恶化，人们对于环保技术的需求也越来越高。
新型燃料电池应运而生，被视作一种高效环保的新型能源，并被广泛应用于交通、能源等领域。
本文将从以下几个方面阐述新型燃料电池的发展和应用。
一、新型燃料电池的概念和分类新型燃料电池（fuel cell）是一种可利用化学反应（一般指氢气与氧气的反应）直接产生电能的电化学器件。
它采用清洁能源直接转化为电能，属于一种新型化学能源转化技术。
根据燃料电池质子传导膜的类型和使用的燃料种类的不同，新型燃料电池可分为多种类型，常见的主要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。
二、新型燃料电池的发展历程和现状新型燃料电池起源于19世纪，但是直到20世纪60年代，它才逐渐成为一个被重视的领域。
自2000年以来，新型燃料电池技术得到了快速发展。
燃料电池的应用已经从以前的空间站和卫星逐渐扩展到地面交通、能源储备和微型电子设备等众多领域。
目前，燃料电池技术已经成为科学研究的热门方向，各大国际汽车厂商也相继推出了利用燃料电池驱动的汽车，以满足人们对于清洁能源的需求。
三、新型燃料电池的应用领域1.交通领域：新型燃料电池可以直接将氢气和氧气转化为电能，并产生水和氧气作为废料。
这种技术在交通领域中非常有前途，因为它既清洁又高效，可以用于燃料电池车辆的动力源。
目前，全球范围内已经推出了多个品牌、多类别的燃料电池汽车，它们都能在超过700公里的距离内驱动。
2.能源储备领域：燃料电池还可以在能源储备领域中扮演重要的角色。
例如，利用太阳能等可再生能源将水分解成氢气和氧气，储存氢气，然后将其用作燃料，直接产生电能并释放水。
这种方法可以将多余的能源储存下来，在特定时间和场合直接转换成电能供应使用。
3.微型电子设备领域：燃料电池还可以用于微型电子设备的供电。
这种设备适用于实验、储备电源等场合，可以通过填充燃料电池的微型燃料电池板来得到所需的电源。
燃料电池的种类及应用
燃料电池的种类及应用燃料电池是一种将化学能转化为电能的技术，其工作原理是通过将氢气与氧气反应产生电子、阳离子和水，并产生电流来驱动外部设备。
燃料电池可以分为多种类型，每种类型都有着不同的特点和适用场景。
以下是一些常见的燃料电池种类及其应用：1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：PEMFC 是目前最常见和最常用的燃料电池类型之一。
它由氢气和氧气在质子交换膜中反应生成水和电能。
这种燃料电池具有高效、响应速度快、启动时间短等优点，适用于小型移动设备、汽车、船舶和无人机等应用。
2. 高温聚合物电解质燃料电池（HT-PEMFC）：HT-PEMFC 操作温度较高，约为150-200摄氏度。
它通常使用高温聚合物作为电解质，这使得它具有更好的耐久性和氧化稳定性。
由于其高温操作条件，它可以直接从燃料中产生电，因此适用于汽车等需要高功率输出的应用。
3. 燃料电池电动汽车（FCEV）：燃料电池电动汽车是一种使用燃料电池作为能源的电动汽车。
它使用氢气作为燃料，通过与空气中的氧气反应来产生电能。
与传统的燃油汽车相比，燃料电池电动汽车具有零排放、零污染和长续航里程等优点。
4. 固体氧化物燃料电池（SOFC）：SOFC 是一种高效、长寿命的燃料电池，它可以直接将化学能转化为电能。
它使用固体氧化物作为电解质，通常在800-1000摄氏度的高温条件下运行。
SOFC 可以使用多种燃料，包括氢气、甲烷和生物质等，因此在工业应用中具有广泛的用途，如电力发电站、垃圾处理厂等。
5. 直接甲醇燃料电池（DMFC）：DMFC 通过将甲醇和氧气反应产生电能。
这种燃料电池不需要氢气供应，因此它更加便携和灵活。
DMFC 适用于小型移动设备，如笔记本电脑和移动电话等。
6. 氧化铝燃料电池（AFC）：AFC 通常使用碱性电解质和盐水作为电解质，氢气和氧气反应产生电能。
它具有低成本、高效率和长寿命等优点，但由于其在腐蚀性液体中的操作，因此应用范围较为有限。
燃料电池在工业中的应用
燃料电池在工业中的应用一、燃料电池的概念及分类燃料电池是一种通过氢气或其他可燃气体与氧气反应产生电能的装置。
根据不同的工作原理和使用场景，可以将燃料电池分为以下几类：1.质子交换膜燃料电池（PEMFC）：主要用于汽车、船舶等移动设备中。
2.固体氧化物燃料电池（SOFC）：主要用于发电站等大型能源系统中。
3.碳酸盐燃料电池（MCFC）：主要用于高温工业领域中。
4.直接甲醇燃料电池（DMFC）：主要用于便携式设备中。
二、燃料电池在工业中的应用1.发电站固体氧化物燃料电池是目前在发电站领域最为广泛应用的一种类型。
与传统的火力发电相比，SOFC具有高效、环保、可靠等优势。
其原理是将天然气或生物质等可再生资源转化为水和二氧化碳，同时产生大量的清洁能源。
目前国内外已经建成多个SOFC发电站，并取得了良好的经济和环保效益。
2.石化行业燃料电池在石化行业中的应用主要是利用其高效、低污染的特性，实现工业生产过程中的能源转换。
例如，碳酸盐燃料电池可以将天然气等碳氢化合物转化为电能和水，同时减少二氧化碳等有害物质的排放。
此外，固体氧化物燃料电池还可以将高温废气转化为电能，从而实现废弃物资源化利用。
3.交通运输燃料电池在交通运输领域中的应用主要是利用其高效、环保、安全等特性实现车辆动力系统的升级。
目前，质子交换膜燃料电池被广泛应用于汽车、公交车、火车等交通工具中。
与传统的内燃机相比，PEMFC具有零排放、低噪音、高效率等优势，并且可以使用多种可再生资源作为原料。
4.船舶与汽车类似，船舶也需要大量的能源来推动其前进。
传统上，船舶主要使用柴油发动机作为动力系统，但是其排放物对海洋环境造成了严重污染。
燃料电池可以利用可再生的氢气作为原料，同时具有零排放、低噪音、高效率等优势。
因此，越来越多的船舶开始使用燃料电池作为动力系统，以实现环保和经济效益的双赢。
三、未来发展趋势燃料电池在工业中的应用前景广阔，但是也面临着一些挑战。
例如，燃料电池的成本较高、储氢问题等都需要解决。
燃料电池的应用与发展
燃料电池的应用与发展近年来，燃料电池（Fuel Cell）作为一种高效、环保的新能源技术，备受人们的关注。
燃料电池跟传统的化石燃料发电方式相比，更加环保和高效，能源利用效率可达50%以上。
目前燃料电池的应用涉及交通、能源、家庭等众多领域，已经逐步成为替代传统化石燃料的重要选择。
本文探讨燃料电池的应用和发展，以及未来的发展趋势。
一、燃料电池的基本原理及分类燃料电池是指在电化学反应中以氢气或其他可燃气体为燃料，通过催化剂催化氢气与氧气发生电化学反应，将化学能转化为电能的一种新型电源。
燃料电池按燃料类型分为直接甲醇燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等几种。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用最为广泛的一种燃料电池，它的优势是能够高效地将氢气转化为电能，而且排放的是纯净的水，不会对环境造成污染，同时也适用于多种应用场景。
二、燃料电池在交通方面的应用交通是燃料电池应用领域的重要部分，它被认为是将燃料电池技术推向社会应用的关键一步。
图书馆吧彩票燃料电池汽车主要是通过将氢气与空气产生化学反应来产生电能，从而驱动汽车。
燃料电池汽车的优点在于其排放的物质是水，不存在传统燃料车辆产生的二氧化碳、二氧化硫、硝化物等有害气体。
同时，燃料电池汽车续航能力强，充氢时间短，而且使用寿命长，目前已经成为全球新能源汽车的主流之一。
尽管燃料电池汽车的价格和配套设施仍有待提高，但它的未来发展前景十分广阔。
三、燃料电池在能源方面的应用燃料电池除了在汽车领域的应用外，在能源领域也有广泛的应用。
燃料电池发电采用燃料电池技术进行发电，其特点是效率高、排放物质少，不受地理限制，是一种具有很大发展前景的清洁能源。
目前，燃料电池在小型应用装备、军事领域、民用发电等领域的应用也逐渐增多，展示了其在未来能源领域的广阔应用前景。
四、燃料电池在家庭方面的应用燃料电池可以成为家庭能源的备用电源，对于无电区域或者突发情况下的停电也有很好的应用前景。
燃料电池技术及应用
燃料电池技术及应用
一、什么是燃料电池
燃料电池（Fuel Cells）是一种新型的电池，而且它是基于化学反应
的可再生能源的新型电源，它可以将氢气、燃料或其他可燃物通过电极与
氧气发生化学反应，产生电能的化学电源技术。
二、燃料电池的工作原理
燃料电池是利用多种化学反应，将氢气与氧气之间的能量进行转换，
从而产生电能的一种新型能源技术。
其实，燃料电池的产生电能的本质是
利用氢和氧原子交流原子的方式，即燃料电池的正极（Anode）和负极（Cathode）之间的电解反应。
燃料电池的正极上，氢气会经过电解会解出电子和氢离子，离子通过
离子交换膜（IEM）流入负极，而电子经电导体传输到负极。
在负极上，
电子与氧气发生反应，会解出水和氧离子，这样，氢离子和氧离子再一次
通过离子交换膜组成水分子，从而完成一次电解反应，燃料电池中的电子
流就被产生出来了。
三、燃料电池的类型
1.燃料电池的类型
根据不同的燃料类型，燃料电池可以分为不同的类型：
（1）氢燃料电池(HFC)：氢燃料电池是以氢气为燃料，以氧气为氧化剂，将氢气和氧气发生化学反应而产生电能的一种新型能源技术。
（2）燃料池（DMFCs）：燃料池是一种利用有机物质（如乙醇，乙醚，乙醛等。
燃料电池分类和应用
高温条件下材料选择苛刻、成本高
成本高、催化剂易中毒
注：CHP:热电联产
燃料电池的应用
应用领域类型
便携式领域
固定式领域
交通运输领域
定义
可用于内置或充电的便携式产品单元，如辅助供电装置（APU）
不能移动的供电或供热装置
用于为车辆提供推进动力或扩展运输工具适用范围的装置
功率范围
1W-20kW
热电联产燃料电池的应用应用领域类型便携式领域固定式领域交通运输领域定义可用于内置或充电的便携式产品单元如辅助供电装置apu不能移动的供电或供热装置用于为车辆提供推进动力或扩展运输工具适用范围的装置功率范围1w20kw400kw00kw燃料电池分类和应用燃料电池技术类质子交换膜燃料电池pemfc直接燃烧甲醇式燃料电池dmfc质子交换膜燃料电池pemfc固体氧化物燃料电池sofc融碳酸盐燃料电池mcfc磷酸燃料电池pafc碱性燃料电池afc质子交换膜燃料电池pemfc接燃烧甲醇式燃料电池dmfc应用领域举例辅助充电设备apu露营用船只用照明用设备
固体氧化物型燃料电池（SOFC）
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
燃料
纯氢气
重整天然气
净化煤气、天然气、重整天然气
煤净化气、天然气、煤气
氢气、甲醇
工作温度
90℃-100℃
150℃-200℃
600℃-700℃
650℃-1000℃
50℃-100℃
温度分类
低温燃料电池
低温燃料电池
高温燃料电池
高温燃料电池
低温燃料电池
应用领域举例
辅助充电设备（APU）（露营用、船只用、照明用设备）； . 军事用途(士兵随身携带的电源、发电装置)； . 便携式产品（火炬、电池充电器、电子产品）
燃料电池的应用领域
燃料电池的应用领域一、燃料电池的基本原理燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，其基本原理是利用氢气和氧气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，产生水和电能。
燃料电池具有高效、清洁、静音等特点，是一种新型的能源转换设备。
二、燃料电池的分类根据不同的工作原理和使用场景，燃料电池可以分为以下几类：1.质子交换膜燃料电池（PEMFC）：主要用于车辆动力系统、舰船动力系统等领域。
2.固体氧化物燃料电池（SOFC）：主要用于发电、工业加热等领域。
3.碱性燃料电池（AFC）：主要用于空间站、卫星等领域。
4.直接甲醇燃料电池（DMFC）：主要用于便携式设备、无人机等领域。
三、燃料电池的应用领域随着技术的不断进步和环保意识的提高，燃料电池在各个领域得到了广泛的应用，以下是燃料电池的主要应用领域：1.交通运输领域燃料电池汽车是目前最为成熟的应用领域之一。
由于其具有零排放、高效、静音等特点，被视为未来汽车发展的方向。
目前，世界各大汽车厂商均在积极开发燃料电池汽车，并推出了相关产品。
2.能源领域燃料电池可以直接将化学能转化为电能，因此被广泛应用于发电和工业加热等领域。
固体氧化物燃料电池是其中最为常见的一种类型，可用于发电站、工业加热等场景。
3.便携式设备领域直接甲醇燃料电池是一种便携式设备常用的能源来源。
相对于传统锂离子电池，其具有更长的续航时间和更快的充电速度，因此被广泛应用于无人机、便携式充电器等场景。
4.航空航天领域由于空间站和卫星等设备需要长期运行而无法进行加油换气等操作，因此燃料电池被广泛应用于航空航天领域。
碱性燃料电池是其中最为常见的一种类型。
四、燃料电池的优势相对于传统的化石能源和锂离子电池，燃料电池具有以下优势：1.高效：燃料电池直接将化学能转化为电能，效率高达50%以上，远高于传统发动机和锂离子电池。
2.清洁：燃料电池只产生水和少量氧气，不会产生任何有害气体和颗粒物，因此对环境无任何影响。
3.静音：由于没有内燃机的噪音和振动，燃料电池汽车非常静音。
燃料电池技术及其在新能源领域中的应用
燃料电池技术及其在新能源领域中的应用1. 燃料电池技术的原理燃料电池是将燃料和氧气直接反应产生电能的电化学设备。
简单地说，燃料电池是由正极（空气/氧气电极）、负极（氢气电极）、电解质层和电极对组成的。
在负极，氢被氢化物催化剂分解成质子和电子；电子通过外电路流动到正极，产生电能；质子穿过电解质层，与空气中的氧气发生反应，产生水。
2. 燃料电池技术的种类燃料电池可按照不同的电解质和燃料分类：其中，常见的燃料电池有：（1）聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）。
此种电池使用氢气和氧气反应，发电效率高，体积小，重量轻，启动时间短，可以满足短途交通出行需求。
（2）磷酸盐燃料电池（PAFC），可使用多种燃料，发电效率较高，但成本较高，应用范围相对窄。
（3）碳酸盐燃料电池（MCFC），原料种类更多，性能更稳定，但燃料和催化剂的寿命较短，需要进行更频繁的维护。
（4）氧化铝燃料电池（OAFC）相比其他类型较少使用，但它节约一定的材料成本，并且减轻了对温度的依赖性，因此在特殊场景的使用中具有一定优势。
3. 燃料电池技术在新能源领域中的应用随着全球能源问题的严重性日益突显，新能源已经成为当前社会的热门话题。
燃料电池作为一种可以将氢燃料转化为电能的高效清洁能源技术在新能源领域中有着广泛地应用。
（1）交通运输领域。
燃料电池汽车相对于传统车辆更环保，更能够满足人们对环保与节能的需求。
目前，燃料电池汽车在日本及欧美等发达国家中已经投入使用，市场前景广阔。
（2）工业制造领域。
燃料电池不仅可以生成电能，还可以生成热能。
它不仅可以为生产过程和企业的自用电力提供清洁能源，还可以为城市提供清洁能源。
燃料电池可以成为产业企业的备用电源，减少电网压力，使生产出现停电也不会出现大的影响。
（3）军事安全领域。
燃料电池具备轻量化，安全性高，隐蔽性好等特点，适用于在野外使用的需求，也可以提供车辆、飞行器、潜艇等的动力。
4. 燃料电池技术的发展趋势目前，全球能源问题更为严重，各国政府都在积极鼓励燃料电池技术的发展。
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▪ 20世纪90年代以来，众多汽车生产商都在研究使 用低温燃料电池作为汽车动力的可行性。由于低温碱 性燃料电池存在易受CO2毒化等缺陷，使其在汽车上 的应用受到限制，因此，除少数机构还在研究碱性燃 料电池外，大多数汽车厂商和研究机构都在质子交换 膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC） 上寻求突破。然而PEMFC和DMFC都以贵金属Pt为主 催化剂，一旦PEMFC和DMFC达到真正的批量生产阶 段，将被迫面临Pt的匮乏。碱性燃料电池可以不采用 贵金属作催化剂，如果采用CO2过滤器或碱液循环等 手段去除CO2，克服其致命弱点后，用于汽车的碱性 燃料电池将具有现实意义。因此，碱性燃料电池领域 近年的研究重点是CO2毒化解决方法和替代贵金属的 催化剂。
燃料电池的分类及应用
燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外 电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。
图10－3 燃料电池的基本单元
2
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2.1碱性燃料电池（AFC）
2.1.1 碱性染料电池简介
▪ 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。
10
▪ 2.1.4、碱性染料电池的发展现状 ▪ 碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，碱性燃料电池）是最早开发并获得成功
的燃料电池，早在20世纪60年代就被用于宇宙飞船和登月飞行。碱性燃料电 池采用KOH等碱性溶液为电解质，用H2或NH3、N2H2裂解的H2为燃料，空 气或O2为氧化剂，使用贵金属（如Pt、Ag等）和过渡金属（如Ni等）或者由 它们组成的合金等作为催化剂。碱性燃料电池具有稳定、耐久等优点，具有 较高的电效率（60%～90%），迄今为止，它仍是最适合于太空使用的燃料 电池。 ▪ 碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K）和低温（工作温度低于373K） 两种。中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目上的电源，经过几十年 的使用，被证明为安全可靠的太空电源；低温碱性燃料电池是今后开发重点， 其应用目标是便携式电源和交通工具用动力电源。 ▪ 碱性燃料电池与其他燃料电池相比，碱性燃料电池系统具有较高的电效率 （60%～90%），可以在室温下快速启动，并迅速达到额定负荷，而且电池 的本体材料选择广泛，电池造价较低。因此，碱性燃料电池作为高效且价格 低廉的成熟技术，若应用于便携式电源和交通工具用动力电源，具有一定的 发展和应用前景。 ▪ 碱性燃料在实际使用中，往往采用空气作为氧化剂，空气中的CO2会毒害碱 性电解质生成碳酸根离子，对电池的效率和使用寿命造成影响，使得碱性燃 料电池系统需要复杂的CO2脱除装置，而且只能用纯H2为燃料；此外，碱性 燃料电池的催化剂一般采用贵金属Pt才能获取电池的高性能，且需要一个控 制体系保持电解质浓度的恒定。这些造成碱性燃料电池系统的复杂化，成本 增高，导致其不适于民用、与其他燃料电池相比竞争力降低。
定发电装置。
▪ 如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催 化剂的一氧化碳和其它杂质也非常铭感。此外，其原料不
能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应 生成碳酸钾，降低电池的性能。
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图10－8 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
9
2．1．2 AFC的优点是： ▪ ①效率高，因为氧在碱性介质中的还原反应比其
他酸性介质高； ▪ ②因为是碱性介质，可以用非铂催化剂； ▪ ③ 因工作温度低，碱性介质，所以可以采用镍板
做双极板。 2．1.3 AFC的缺点是： ▪ ①因为电解质为碱性，易与CO2生成K2CO3、
Na2CO3沉淀，严重影响电池性能，所以必须除去 CO2，这给其在常规环境中应用带来很大的困难 。
▪ ②电池的水平衡问题很复杂，影响电池的稳定性 。
12
2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC）
▪ 2.2．1质子交换膜燃料电池简介
▪ 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英 文简称PEMFC)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。
图10－19 膜电极结构示意图
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▪ 电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与
膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件， 经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料 电池电堆，如附图所示。叠合压紧时应确保气体主通道对正以 便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。电堆工作时，氢气和氧 气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极 板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂 接触进行电化学反应。
▪ 两电极的反应分别为：
▪
Hale Waihona Puke 阳极(负极)：2H2-4e=4H+
▪
阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O
▪
注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能
传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电
子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极
时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也
▪ ▪
负极反应： 2 H 2 4 O H 4 H 2 O 4 e
▪
正极反应： O 22H 2O 4e 4OH
▪
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启
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，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃
料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固
即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出
电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。将多个单电
池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆
(简称电堆)。
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PEMFC的电极常被称 为膜电极组件，它是 指质子交换膜和其两 侧各一片多孔气体扩 散电极（涂有催化剂 的多孔碳布）组成的 阴、阳极和电解质的 复合体。