氢燃料电池相关知识

历史

1839年， William Grove爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电池的原理，他能够从氢气和氧气反应中获取电能。由于氢气在自然界不能自由地得到，在随后的几年中，人们一直试图用煤气作为燃料，但均未获得成功。 1866年， Werner von Siemens先生发现了机-电效应。这一发现启动了发电机的发展，并使燃料电池技术黯然失色。直到20世纪60年代，宇宙飞行的发展才使燃料电池技术重又提到议事日程上来。出于保护环境和能源供应的需求，特别是近些年来人们对汽车能源和汽车尾气污染的关注，燃料电池技术，特别是在汽车技术上的应用，激发了汽车开发商、环保组织、政府机构乃至普通民众的极大兴趣。

原理概念

燃料电池是一个电化学系统，它能将化学能直接转化为电能且废物排放量很低。由于燃料电池中选择使用的燃料主要针对氢，所以氢燃料电池经常也就简称为燃料电池。氢电池的原理是，将氢和氧分别置于一张质子交换膜两侧的气体流道中，通过与膜上的催化剂涂层发生作用，氢原子上的质子穿过膜到达氧的一侧，而剩余的游离电子则从外部电路中流向氧，并最终与之结合成水。而马达就是通过电子流动产生的电流驱动做功。

分类

燃料电池的类型目前有5种，其名称与采用的电解质有关。

1. 碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。 这种电解液效率很高（可达60一90％），但对影响纯度的杂质，如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了将其应用于宇宙飞行及国际工程等领域。

2. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。这种电解质具有高功率一重量比和低工作温度。是适用于固定和移动装置的理想材料。

3. 磷酸燃料电池（PAFC）采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。很适合用于分散式的热电联产系统。

4. 熔融碳酸燃料电池（MCFC）的工作温度可达650℃。这种电池的效率很高，但材料需求的要求也高。

5. 固态氧燃料电池（SOFC）采用的是固态电解质（钻 石氧化物），性能很好。他们需要采用相应的材料和过程处 理技术，因为电池的工作温度约为1000℃。

下表列出了燃料电池主要分类、特性、应用及相关公司信息。

优缺点

面对能源的紧缺和石油等不可再生资源的日益衰竭，寻找替代能源已经成为不单单是某个产业而且是各个国家的重要任务之一。氢燃料因其完全不同的物理和化学反应做功原理，并且氢元素可从多种物质中提取，而且可再生，所以是目前所能看到的最有可能产业化的终极替代能源方案，在彻底摆脱稀缺能源束缚和可产业化方面前途光明。通用汽车、戴-克集团、福特、丰田、本田以及宝马集团等大公司都在做氢燃料电池的研发。

另外由于燃料电池不会燃烧出火焰，也没有旋转发电机，燃料的化学能直接转化为电能，这一过程具有许多重要的优点：1、电效率比任何其它形式的发电技术的电效率都高；2、 废气如SO₂、NOx和CO的排放量极低；3、由于燃料电池中无运动部件，燃料电池工作时很安静且无机械磨损；4、电与热量可结合起来用（例如热电联产）；5、 燃料电池的工作特性可满足各种负荷水平要求。

氢燃料电池以及由该电池驱动的其他设备、产业，最大的困难就在于成本。这些困难主要体现在氢的提取，氢的储藏和运输过程中。尽管这些年来由于各厂家的协同努力，成本正以可喜的速度降低，但要像传统汽车那样进入家庭至少还有十年时间。