作為真正意義上“零排放”的清潔能源，氫燃料電池的發(fā)展與應(yīng)用正受到前所未有的關(guān)注。其實(shí)，除了質(zhì)子膜型，燃料電池還有其他類型，下面一起來了解下氫燃料電池的特點(diǎn)、分類及應(yīng)用。

1.氫燃料電池的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，氫燃料電池技術(shù)擁有諸多優(yōu)勢，因而其有巨大的應(yīng)用前景。

1.1 效率更高

燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。在理論上它的熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%~90%。但由于電化學(xué)反應(yīng)中存在的各種極化的限制，燃料電池實(shí)際工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化效率在40%~60%的范圍內(nèi)。但若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料的總利用率可高達(dá)80％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的工作效率。

1.2 環(huán)境友好

當(dāng)采用純氫為燃料時(shí)，水是唯一的反應(yīng)產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)零污染物排放，而且氫燃料電池發(fā)電不經(jīng)過熱機(jī)的燃燒過程，所以它幾乎不排放氮氧化物和硫氧化物，減輕了對大氣的污染。

1.3 能源安全

氫燃料電池采用氫氣作為燃料。盡管氫氣在自然界中不以游離態(tài)的形式存在，但是可以利用本土現(xiàn)有的能源（可再生能源、核能、生物能、煤，或者天然氣）通過水電解過程，或者碳?xì)浠衔镏卣频?。這可以在很大程度上降低對外部石油能源的依賴。

1.4 結(jié)構(gòu)簡單、噪聲低氫

燃料電池的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。運(yùn)動(dòng)部件少，因而它工作時(shí)安靜，噪聲很低。

1.5 可靠性高

因?yàn)闅淙剂想姵氐倪\(yùn)動(dòng)部件很少，因而也具有很高的可靠性，可作為應(yīng)急電源和不間斷電源使用。

1.6 兼容性好、規(guī)?？烧{(diào)節(jié)

燃料電池具有常規(guī)電池的積木特性，既可用多臺電池按串聯(lián)、并聯(lián)的方式向外供電，也可用作各種規(guī)格的分散電源和可移動(dòng)電源。因此氫燃料電池的發(fā)電規(guī)模通過調(diào)整單節(jié)電池的數(shù)目，可進(jìn)行規(guī)模調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)微瓦至兆瓦規(guī)模的發(fā)電。

2.燃料電池的分類及應(yīng)用

迄今為止已開發(fā)出多種類型的燃料電池。這些燃料電池可根據(jù)電池所采用的電解質(zhì)進(jìn)行分類。

2.1 堿性燃料電池（alkaline fuel cells，AFC）

在較高溫度（250℃）采用高濃度（85%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）KOH作為電解質(zhì)，在較低溫度（<120℃）采用較低濃度（35%~50%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）KOH作為電解質(zhì)，儲存在石棉膜中。堿性燃料電池可選擇的電催化劑很多，包括鎳、銀、金屬氧化物等，但是此類堿性燃料電池對CO2的耐受度較差。以KOH為電解質(zhì)的堿性燃料電池已成功作為Apollo登月飛船和航天飛機(jī)的主電源，應(yīng)用于載人航天飛行，證明了燃料電池高效、高比能量、高可靠性。

2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池(polymer electrolyte membrane or proton exchange membrane fuel cells，PEMFC)

采用質(zhì)子交換膜（全氟化磺酸膜或者部分氟化的磺酸型質(zhì)子交換膜）作為電解質(zhì)。以富氫氣體為燃料的質(zhì)子交換膜電池通常采用碳載鉑（直徑3~5nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%、40%Pt/C）作為電催化劑。陽極鉑的擔(dān)載量控制在約0.1mg/cm2，陰極鉑的擔(dān)載量控制在約0.4mg/cm2。若富氫燃料中含有少量的CO，則氫側(cè)的催化劑應(yīng)該采用鉑釕合金等抗毒化催化劑。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作溫度通常為60~80℃。質(zhì)子交換膜燃料電池可在室溫快速啟動(dòng)，并可按負(fù)載要求快速改變輸出功率，是電動(dòng)車、不依賴空氣推進(jìn)的潛艇動(dòng)力源和各種可移動(dòng)電源以及分布式發(fā)電設(shè)備的最佳候選者。2014年12月豐田汽車推出燃料電池車"Mirai”，拉開了商用燃料電池車的序幕。本田汽車、現(xiàn)代汽車、通用汽車等正在開發(fā)燃料電池車用技術(shù)。

2.3 直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cells，DMFC)

是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種，它采用氣態(tài)或者液態(tài)的甲醇/水混合物作為燃料。直接甲醇燃料電池采用循環(huán)液態(tài)燃料進(jìn)行反應(yīng)，不需要額外的設(shè)備對電池排出廢熱，是單兵、筆記本電腦等供電的優(yōu)選小型便攜電源。

2.4 陰離子交換膜燃料電池(alkaline polymer electrolyte membrane or alkaline anion ex-change membrane fuel cells，AEMFC)

以陰離子交換膜作為電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與質(zhì)子交換膜燃料電池類似。但陰離子交換膜在燃料電池中營造出的堿性環(huán)境使得非貴金屬催化劑可以應(yīng)用在低溫燃料電池當(dāng)中，這有望解決低溫燃料電池貴金屬催化劑成本過高的問題。同時(shí)非貴金屬催化劑對富氫燃料中的雜質(zhì)（如CO，硫化物）有更高的耐受度，從而降低了對富氫燃料純度的要求，進(jìn)一步降低了成本。近年來陰離子交換膜的研究取得一些進(jìn)展，但是陰離子交換膜燃料電池在穩(wěn)定性與運(yùn)行壽命方面與質(zhì)子交換膜燃料電池尚有差距。

2.5 磷酸燃料電池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)

是第一種實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的燃料電池。磷酸型燃料電池通常采用儲存于碳化硅材質(zhì)中的高濃度（約100%）磷酸作為電解質(zhì)。采用耐酸的納米鉑為電催化劑，操作溫度通常介于150~220℃之間。多組由Inter-national Fuel Cells公司（后為UTC Fuel Cells公司）生產(chǎn)的200kW級磷酸型燃料電池在美國、歐洲各國得以應(yīng)用。

2.6 熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell，MCFC)

以堿金屬（Li，Na，K)碳酸鹽作為電解質(zhì)。該燃料電池的操作溫度通常介于600~700℃之間，在此溫度區(qū)間內(nèi)的熔融堿金屬碳酸鹽可實(shí)覡碳酸根離子的傳輸，也通常不需要使用貴金屬催化劑。該熔融碳酸鹽燃料電池可采用凈化煤氣或天然氣作燃料，發(fā)電功率達(dá)1MW以上，適宜于建造區(qū)域性分散電站。將余熱發(fā)電與利用考慮在內(nèi)，燃料的總熱電利用效率可達(dá)69%~70%。Fuel Cell Energy公司生產(chǎn)的兆瓦級MCFC電站已在韓國進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。磷酸燃料電池與熔融碳酸鹽燃料電池的造價(jià)高于火電站。

2.7 固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell，SOFC)

以固體氧化物為氧離子載體，如以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯膜為電解質(zhì)。該類燃料電池的工作溫度通常介于800~1000℃之間，目前研究以工作溫度700℃的SOFC為主導(dǎo)方向。固體氧化物燃料電池功率可達(dá)200kW以上，特別適宜于建造大型、中型電站。固體氧化物燃料電池技術(shù)通過熱電聯(lián)用，可提高其總的能量利用率。SOFC目前已有不少應(yīng)用案例，如丹麥Topsoe Fuel Cell公司開發(fā)的100kW級固體氧化物燃料電池電站，日本的EnFarm計(jì)劃初期產(chǎn)品中，700W的家用燃料電池系統(tǒng)中有部分為固體氧化物燃料電池。

各種燃料電池的技術(shù)狀態(tài)見表1-1。

表1-1 燃料電池的技術(shù)狀態(tài)

同時(shí)也可以按照溫度對燃料電池進(jìn)行分類。

1. 低溫（工作溫度通常低于100℃）燃料電池
   包括堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池以及陰離子交換膜燃料電池。
2. 中溫（工作溫度通常在100~300℃）燃料電池
   包括培根型堿性燃料電池和磷酸燃料電池。
3. 高溫（工作溫度通常在600~1000℃）燃料電池
   包括熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。

特別聲明：本站所轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時(shí)并不代表贊成其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。