燃料電池（Fuel Cell）最早可追溯到1839年英國(guó)William Grove進(jìn)行的水逆電解反應(yīng)時(shí)所發(fā)明的技術(shù)，至于其真正的實(shí)用化，則直到20世紀(jì)60年代才實(shí)際應(yīng)用在航天及太空上。到20世紀(jì)80年代，在環(huán)保、節(jié)能等全球議題帶動(dòng)下，美國(guó)、日本、加拿大、韓國(guó)及西歐各國(guó)等數(shù)百家公司及研究機(jī)構(gòu)積極投入，燃料電池開始進(jìn)入民用市場(chǎng)，到20世紀(jì)90年代后期燃料電池技術(shù)新專利不斷產(chǎn)生。近年，在低碳經(jīng)濟(jì)的全球背景下，燃料電池研發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程有加快趨勢(shì)。

燃料電池定義

燃料電池的工作原理

當(dāng)今能以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的電力有火電、水電、核電等三種。而被譽(yù)為第四種電力的燃料電池發(fā)電，也正在美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家崛起，以急起直追的勢(shì)頭快步進(jìn)入能以工業(yè)規(guī)模發(fā)電的行列。 燃料電池的工作原理 燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如錳干電池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)（起反應(yīng)的物質(zhì)）--燃料和氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。

具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的“發(fā)電機(jī)”。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。

工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣）。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發(fā)電機(jī)”。它通過氫和氧的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱能。因?yàn)槭峭ㄟ^化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，所以稱為“電池”，實(shí)際是一種發(fā)電裝置。

燃料電池的優(yōu)勢(shì)

1，潔凈、安全的發(fā)電裝置從發(fā)電廠、工廠，以及汽車等排出的大量各種物質(zhì)是造成大氣污染和地球溫暖化的主要原因。而燃料電池可以替代這些正在使用的鍋爐和內(nèi)燃機(jī)等。
2，多燃料系統(tǒng)在地球上，氫絕大多數(shù)是以化合物的形式存在。比如：氫氧化合物（水）和碳?xì)浠衔??？梢宰鳛槿剂想姵卦鲜褂玫奶細(xì)浠衔镏饕獊碓从谔烊粴?、液化氣、石油和煤炭等化石燃料?？筛鶕?jù)各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃料。
3，高效率的發(fā)電裝置                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             4，分散型的發(fā)電裝置規(guī)模最大的可以替代火力發(fā)電或核能發(fā)電，用于商業(yè)發(fā)電。不需要龐大的設(shè)備，不需要變送電系統(tǒng)；與核能相比，發(fā)生事故的危險(xiǎn)性較小?？梢越ㄔ诖蟪鞘械慕?。規(guī)模稍小的可以建在住宅小區(qū)、辦公樓、廠區(qū)甚至城市的中心地帶?？梢詼p少因長(zhǎng)距離輸送電力而產(chǎn)生的損耗。面向個(gè)人用途的超小型燃料電池可以作為筆記本電腦和移動(dòng)便攜電話的電源?？山M成電能和熱能同時(shí)利用的“發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)”

由于燃料電池的規(guī)模小而更容易利用發(fā)電時(shí)排出的熱量，組成發(fā)電及余熱利用系統(tǒng)。由于排出的熱量能夠有效的用于空調(diào)和水的加熱等，所以進(jìn)一步提高了能源的綜合利用效率?，F(xiàn)在一直被使用的單純發(fā)電系統(tǒng)，能源效率只有30%~40%。而由燃料電池組成的熱電并用系統(tǒng)，可以將能源利用效率提高到70%~80%以上。

燃料電池的類型

堿性燃料電池（AFC）——采用氫氧化鉀溶液作為電解液。
質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）——采用極薄的塑料薄膜作為其電解質(zhì)。
磷酸燃料電池（PAFC）——采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質(zhì)。

熔融碳酸燃料電池（MCFC）固態(tài)氧燃料電池（SOFC）——采用固態(tài)電解質(zhì)燃料電池是一種在等溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效率（37~70%）地轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的電源產(chǎn)品；由于所使用的主要是氫氣、醇類等燃料，且轉(zhuǎn)動(dòng)的組件極少，具有對(duì)環(huán)境負(fù)荷?。ǖ臀廴荆?、低噪音的特點(diǎn)，故其不僅適合用于中央電廠和區(qū)域分散電廠發(fā)電，亦可作為交通運(yùn)輸工具（例如電動(dòng)汽車、電動(dòng)機(jī)車及電動(dòng)自行車等）的動(dòng)力電源，近年來，在國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)的積極投入研發(fā)推動(dòng)下，具有成為便攜式電子產(chǎn)品下一代動(dòng)力電池的潛力。

燃料電池的主要特性

傳統(tǒng)能源利用方式主要有兩大弊?。阂皇莾?chǔ)存于燃料中的化學(xué)能必需首先轉(zhuǎn)變成熱能后才能被轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或電能，受卡諾循環(huán)及現(xiàn)代材料的限制，在機(jī)端所獲得的效率一半以上被浪費(fèi)；二是傳統(tǒng)的能源利用方式給今天人類的生活環(huán)境造成了巨量廢水、廢氣、廢渣、廢熱和噪聲的污染。

多年來人們一直在努力尋找既有較高的能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式，而燃料電池就是比較理想的發(fā)電技術(shù)。燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等眾多學(xué)科相關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。

燃料電池發(fā)展瓶頸

燃料電池與其他動(dòng)力相比雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是也面臨成本過大、造價(jià)偏高的問題。例如車用質(zhì)子交換膜燃料電池成本中貴金屬催化劑約占40%，質(zhì)子交換膜約占35%，這兩者的造價(jià)都很昂貴。另外，燃料電池的啟動(dòng)速度與內(nèi)燃機(jī)引擎還有差距，燃料電池的反應(yīng)性和穩(wěn)定性二者存在不可兼得的矛盾。同時(shí)燃料電池的碳?xì)淙剂夏壳斑€無法直接利用，除甲烷外均須經(jīng)轉(zhuǎn)化器處理產(chǎn)生純氫才可以應(yīng)用。此外，儲(chǔ)氫技術(shù)的制約和加氫充氣站基礎(chǔ)建設(shè)的不足也極大地制約了燃料電池的推廣。

總而言之，燃料電池在以下幾個(gè)方面有待突破。

燃料電池使用成本：

（1）燃料電池使用貴金屬鉑作為催化，且鉑極易因一氧化碳中毒喪失活性；

（2）氫氣制取成本高，每公斤氫氣價(jià)格為汽油的數(shù)倍，儲(chǔ)運(yùn)難度大，氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本高；

（3）燃料電池的穩(wěn)定性、壽命、復(fù)雜路況下的性能衰減，維護(hù)費(fèi)用較高。

加氫網(wǎng)絡(luò)：氫氣常溫常壓下是易燃易爆的氣體，且很難液化。氣體狀態(tài)下，能量密度低（680 個(gè)大氣壓下的氫氣氣體，能量密度僅為一加侖汽油液體的14%）。氫能基礎(chǔ)設(shè)施落后，短時(shí)間內(nèi)難以組成一個(gè)像加油站一樣的網(wǎng)絡(luò)。