中國燃料電池的研究發(fā)展如何？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-24 04:43
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1 燃料電池
燃料電池是一種不斷輸入燃料進行化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置 [4]，燃料通常為甲醇、乙醇、純氫氣、天然氣及汽油等。
離子交換膜燃料電池中，以氫氧為燃料的電池最常見，通過特殊催化劑使燃料與氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳和水。這一過程的燃料廉價，化學(xué)反應(yīng)不存在危險，二氧化碳排放量比一般方法低很多，生成的產(chǎn)物水無害，是一種低污染性的能源 [5]，這是現(xiàn)今其他動力來源望塵莫及的。目前，計算機和汽車企業(yè)開始著力于開發(fā)燃料電池以替代傳統(tǒng)的電池電源，汽車領(lǐng)域中燃料電池的應(yīng)用，已成為能源發(fā)展的必然趨勢
作為一種能量轉(zhuǎn)化裝置，燃料電池是按照原電池工作原理，直接將燃料和氧化劑中儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)實質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，工作原理如圖 1 所示。
燃料電池主要由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路 4 部分組成，其陽極和陰極分別通入燃料氣和氧氣（空氣），陽極上燃料氣放出電子，外電路傳導(dǎo)電子到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子，在電場作用下，離子通過電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陽極上再與燃料氣進行反應(yīng)，最后形成回路產(chǎn)生電。與此同時，因為燃料自身的反應(yīng)及電池存在的內(nèi)阻，燃料電池也要排出一定的熱量，以保持電池恒定的工作溫度。從外表上看像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能「儲電」而是一個「發(fā)電廠」。
其中，陰陽極不僅可以傳導(dǎo)電子，還能作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。為便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物的排出，兩極往往采用多孔結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)則主要起到傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用，一般情況下為致密結(jié)構(gòu)。
燃料電池作為一個轉(zhuǎn)換裝置，僅僅是將存儲于燃料物質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能 [7]。從原則上講，只要接連不斷地供給化學(xué)燃料，燃料電池就可以持續(xù)不斷的發(fā)電，這是繼核電、水力、火力之后的第 4 代發(fā)電技術(shù)。
燃料電池成為國內(nèi)外企業(yè)的關(guān)注熱點，這主要是源于它自身的優(yōu)點：
能量轉(zhuǎn)化效率高；
燃料選擇范圍廣；
清潔、污染少；
噪聲低；
比能量高、可靠性強；
負荷響應(yīng)快，具有超強的適用能力。
盡管燃料電池擁有如此多吸引人的優(yōu)勢，可它在運行推廣過程中仍然有一些不足，主要存在的問題是 [9]：
成本較高；
功率密度仍需提高；
燃料的存儲；
對于環(huán)境毒性比較敏感；
有限的工作溫度兼容性。
目前，應(yīng)用得較多是質(zhì)子交換膜燃料電池和堿性燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是近些年快速發(fā)展起來的新一代燃料電池，具有較高的能量效率和能量密度、體積重量小、啟動速度最快、運行安全可靠、應(yīng)用最為廣泛等優(yōu)點，特別是在汽車方面應(yīng)用較為深廣，PEMFC 是正在開發(fā)的商用燃料電池。
