燃料电池综述总结 第1篇

在这种类型的燃料电池中，膜必须是水合的，要求电化学反应生成的水同步蒸发。如果水蒸发太快，膜会干燥，质子通过膜的阻力增加，最终会导致膜的破裂，产生气体“短路”，氢气和氧气直接结合，产生的热量会损坏燃料电池。如果水蒸发得太慢，电极会被淹没，阻止反应物到达催化剂位置并停止反应。正在开发中的管理燃料电池中水的方法，例如电渗透驱动泵，专注于流量控制。正如在内燃机中一样，反应物和氧气之间的稳定比率，对于保持燃料电池有效运行是必要的。

燃料电池综述总结 第2篇

1.定义

燃料电池(FuelCells)是一种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率高。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”。由于在能量转换过程中，几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是一种环境友好的能量转换装置。由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保高效的发电技术之一。随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等方面开始应用。

2.基本结构

燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。阳极和阴极上都需要含有一定量的电催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应，两电极之间是电解质。

图1.燃料电池基本结构示意图

3.分类

目前燃料电池的种类很多，其分类方法也有很多种。按不同方法大致分类如下：

(1)按运行机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；

(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；

图2.燃料电池分类详细介绍

(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；

(4)按燃料电池工作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；高温型(高于750℃)。

4.原理

燃料电池的工作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧气还原两个电极反应及离子传输过程。早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离子的电解质和两个固态电极。当以氢气为燃料，氧气为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：

阳极：H2→2Ｈ＋＋2ｅ-

阴极：1/2O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O

总反应：H2＋1/2Ｏ2→H2O

其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作用下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ+通过电解液到达阴极，而电子则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从而与O2发生还原反应（ORR）。

图3.燃料电池原理示意图

燃料电池综述总结 第3篇

固定式燃料电池应用通常需要在-35°C至40°C（-31°F至104°F）的温度下运行40,000小时以上，而汽车燃料电池需要5000小时的使用寿命（相当于在极端温度下240,000公里（150,000英里））。目前的使用寿命为2,500小时（约75,000英里）。汽车发动机还必须能够在-30°C（-22°F）的温度下可靠启动，并具有高的功率-体积比（通常为每升 kW）。

某些燃料电池的（非PEDOT）阴极，对一氧化碳的耐受性有限。

磷酸燃料电池（PAFC）

磷酸燃料电池（PAFC）最初由和于1961年设计和引入。

在这些电池中，磷酸用作非导电电解质，以使带正电荷的氢离子从阳极传导到阴极。这些电池通常在150至200℃的温度下工作。如果没有散热和正确使用热量，这种高温将导致热量和能量损失。这种热量可用于为空调系统或任何其他热能消耗系统产生蒸汽。

在热电联产机组中使用这种热量，可以将磷酸燃料电池的效率从40-50％提高到约80％。磷酸是PAFC中使用的电解质，是一种非导电液体酸，它迫使电子通过外部电路从阳极传播到阴极。由于阳极上的氢离子产生率很小，因此使用铂作为催化剂来提高该电离速率。这些电池的主要缺点是使用酸性电解质，这会增加暴露于磷酸中组分的腐蚀或氧化。

固体酸燃料电池（SAFC）

固体酸燃料电池（SAFC）的特征在于使用固体酸材料作为电解质。在低温下，固体酸具有与大多数盐类似的有序分子结构。在稍高一点的温度下（CsHSO4在140到150℃之间），一些固体酸发生相变，变成高度无序的“超质子”结构，这使电导率增加了几个数量级。 第一个概念验证SAFC，是在2000年使用硫酸氢铯（CsHSO4）开发的。目前的SAFC系统使用磷酸二氢铯（CsH2PO4），并且已经证明寿命达数千小时。

碱性燃料电池（AFC）

1959年由Francis Thomas Bacon设计并公布了碱性燃料电池（氢氧燃料电池），它在阿波罗太空计划中被用作电能的主要来源。

电池由两个多孔碳电极组成，所述两个多孔碳电极浸渍有合适的催化剂，例如Pt，Ag，CoO等。两个电极之间的空间填充有用作电解质的浓KOH或NaOH溶液。通过多孔碳电极将H2气体和O2气体导入电解质中。因此，整个反应涉及氢气和氧气的反应以形成水。电池持续运行，直到反应物的供应被耗尽。这种类型的电池可在343 K至413 K的温度范围内有效工作，并提供约 V的电压。AAEMFC是一种使用固体聚合物电解质代替氢氧化钾（KOH）的AFC，它优于含水的AFC。

高温燃料电池