揭開氫燃料電池的深奧面紗

1、氫燃料電池概況

1.1、燃料電池種類多樣

燃料電池，是一種主要通過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉化成電能的電池。

燃料電池有多種類型，但是它們都有相同的工作模式。它們主要由三個相鄰區段組成：陽極、電解質和陰極。兩個化學反應發生在三個不同區段的接口之間。兩種反應的凈結果是燃料的消耗、水或二氧化碳的萌生，和電流的萌生，可以筆直用于電力設備。

燃料電池按燃料類型可分為筆直型、間接型和再生型；按電解質種類又可分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸鹽型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SOFC)和質子交換膜燃料電池(PEMFC).

20多年來，燃料電池經歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發展階段，燃料電池的研究和使用正以極快的速度在發展。在所有燃料電池中，堿性燃料電池(AFC)發展速度最快，主要為空間任務，包括航天飛機提供動力和飲用水；質子交換膜燃料電池(PEMFC)已廣泛作為交通動力和小型電源裝置來使用；磷酸燃料電池(PAFC)作為中型電源使用進入了商業化階段，是民用燃料電池的首選；熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)也已完成工業實驗階段；起步較晚的固態氧化物燃料電池(SOFC)作為發電范疇最有使用前景的燃料電池，是將來大規模清潔發電站的優選對象，100kW管式SOFC電站已經在荷蘭運行，Siemens和三菱重工都進行了SOFC發電系統的實驗研究。相比之下，SOFC、MCFC

1.2、氫燃料電池是目前發展最好的燃料電池

氫燃料電池，即使用氫氣作為燃料，利用電解水的逆反應產電的一種燃料電池，是目前發展最好的燃料電池。其工作原理即：將氫氣送到電池的陽極板，通過催化劑的作用，氫原子變成一個正電荷的氫離子和一個負電荷的電子，其中氫離子通過電解質到達陰極板，而電子不能通過電解質，而只能通過外部電路形成電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。

1.3、氫燃料電池三大核心優點

氫燃料電池陰極板供給的氧可筆直從空氣中獲得，因此僅需不斷給陽極板供應氫氣并及時把水帶走，氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對于其他能源，氫燃料電池的發電過程無污染，能量轉換效率更高，且其燃料氫氣來源廣泛，可再生。

1.3.1、零污染的環保戰士

燃料電池屬于清潔能源的一部分，由于其反應過程就是無污染的水反應，反應過程不會萌生污染物，其主要污染物來自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相對于一般火力發電的空氣污染以及傳統電池的重金屬污染而言，燃料電池對環境的污染程度遠遠降低。而氫燃料電池，其燃料為純凈無污染的氫氣，相對其他燃料而言，廢氣中也不存在污染物。可以說，氫燃料電池就是一個能真正實現零污染的環保能源。

1.3.2、高效的能量轉換效率

燃料電池的發電效率也處于較高水平。在各種發電方式中，傳統火力發電效率在30%左右，遠低于燃料電池均勻的40%-60%效率。而在汽車范疇的使用中，燃料電池的效率可達60%，也高于目前汽車普遍使用的內燃機效率。總體而言，燃料電池的能量轉換效率在其類似替代能源中都處于較高水平。

1.3.3、易于獲得的燃料--氫氣

氫是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質量的84%，宇宙質量的75%都是氫。氫分子在地球上不是以天然的氣體存在，大部分氫結合氧存在水中，可以說水資源在一定程度上代表了氫能的儲存量。

制氫的能源和燃料可以來自多種來源例如天然氣、核能、太陽能、風力、生物燃料、煤礦、其他化石燃油、地熱。目前氫氣主要是作為一種中間產品而加工的。主要是由化石能源天然氣(CH4)、原油(烴)或煤等原料，與水蒸汽在高溫下經蒸汽轉化法、部分氧化法、煤氣化法等工藝生成。

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