发表于 2006-03-19 00:01 IP属地：未知
燃料电池的原理与特点
能源是经济发展的基础，人类为了更有效地利用能源一直在进行着不懈的努力。历史上利用能源的方式经历过多次革命性的变革，每一次都极大地推进了现代文明的发展。随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊端：一是储存于燃料中的化学能必须首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率只有33~35%；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。这就是燃料电池发电技术。
1839年英国的Grove发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889年Mood和Langer首先采用了燃料电池这一名称，但燃料电池的研究直到20世纪50年代才有了实质性的进展。从60年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。
近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。燃料电池共分：碱性燃料电池(AFC)，质子交换膜燃料电池(PEMFC)，熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)，固体氧化物型燃料电池(SOFC)。
碱性燃料电池(AFC)已在宇航领域广泛应用，质子交换膜燃料电池(PEMFC)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，磷酸型燃料电池(PAFC)作为中型电源应用进入了商业化阶段，熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的固体氧化物型燃料电池(SOFC)也已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核。
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极，正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电，被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一。
表1.1 燃料电池的分类[1]
类型 磷酸型燃料电池（PAFC） 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 固体氧化物型燃料电池（SOFC） 质子交换膜燃料电池（PEMFC）
燃料 煤气、天然气、甲醇等 煤气、天然气、甲醇等 煤气、天然气、甲醇等 纯H2、天然气
电解质 磷酸水溶液 KLiCO3溶盐 ZrO2-Y2O3(YSZ)
离子(Na离子)
电极 阳极 多孔质石墨(Pt催化剂) 多孔质镍(不要Pt催化剂)
Ni-ZrO2金属陶瓷(不要Pt催化剂)
多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)
阴极 含Pt催化剂+多孔质石墨+Tefion 多孔NiO（掺锂） LaXSr1-XMn(Co)O3 多孔质石墨或Ni(Pt催化剂)
工作温度 ~200 °C ~650°C 800~1000°C ~100°C
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