燃料电池的工作原理和种类介绍

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燃料电池的工作原理

燃料电池通过电化学反应将燃料化学能中的吉布斯自由能部分转化为电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。 燃料电池以燃料和氧气为原料，没有机械传动部件，因此排放的有害气体很少，使用寿命长，燃料电池是最有前途的发电技术。

氢燃料电池的工作原理：1）反应气体在气体扩散层中扩散;2）反应气体在催化层中被催化剂吸附后解离;3）阳极反应产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极，与氧气反应生成水，而电子则通过外部电路到达阴极发电。图1 氢燃料电池工作原理示意图

燃料电池优势

与锂电池和传统发动机相比，燃料电池在续航里程、加注时间和低温环境适应性方面具有明显的优势。

图2 燃料电池、纯电动汽车与传统燃料汽车的比较

燃料电池分类

按电解液种类可分为质子交换膜燃料电池PEMFC、碱性燃料电池AFC、磷酸燃料电池PAFC、熔融碳酸盐燃料电池MCFC和固体氧化物燃料电池SOFC。 根据反应温度的分类，PEMFC和PAFC的反应温度一般在200以下，归类为低温燃料电池，而MCFC和SOFC的反应温度可达600 1000，属于高温燃料电池。 根据燃料的不同，燃料电池分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池和金属燃料电池。

图3 燃料电池的分类

国内燃料电池装机市场

从商业应用来看，质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池是最重要的燃料电池技术路线。 广泛应用于大型集中式供电、分布式发电、热电联产甚至交通运输等领域。

图4 中国燃料电池装机容量分布