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燃料電池距我們有多遠(yuǎn)？
摘要：目前，燃料電池是全球能源領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。介紹了燃料電池的原理、分類(lèi)、特點(diǎn)及研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀，燃料電池作為新的清潔能源應(yīng)用前景廣闊，但目前仍處于研發(fā)和示范階段，距廣泛商業(yè)化階段還有相當(dāng)?shù)木嚯x。關(guān)鍵詞：燃料電池；分類(lèi)；研究；應(yīng)用現(xiàn)狀
引言
國(guó)際能源界預(yù)測(cè)，本世紀(jì)氫能將得到廣泛的應(yīng)用，而燃料電池將成為利用氫能的重要途徑。燃料電池是繼水力、火力、核能之后的第四代發(fā)電裝置，它是可以替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置。燃料電池具有安全、高效、無(wú)污染、適用廣、無(wú)噪聲等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界能源領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。
1 基本原理
普通電池是將電池內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，而燃料電池是將電池外部的燃料（氫和氧）通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將其釋放的能量轉(zhuǎn)變成電能輸出。燃料電池外部的燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)活動(dòng)裝置，可以方便地更換和補(bǔ)充燃料。
燃料電池的基本原理是水的電解的逆反應(yīng)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的電解質(zhì)組成。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣），在電極上常使用催化劑（例如白金）來(lái)加速電化學(xué)反應(yīng)。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。
2 燃料電池的種類(lèi)及其特點(diǎn)
2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells—PEMFC)
該電池的電解質(zhì)為離子交換膜，薄膜的表面涂有可以加速反應(yīng)的催化劑（如白金），其兩側(cè)分別供應(yīng)氫氣及氧氣。由于PEM燃料電池的唯一液體是水，因此腐蝕問(wèn)題很小，且操作溫度介于80℃～100℃之間，安全上的顧慮較低；其缺點(diǎn)是，作為催化劑的白金價(jià)格昂貴。PEMFC是輕型汽車(chē)和家庭應(yīng)用的理想電力能源，它可以替代充電電池。2?2堿性燃料電池(AlkalineFuelCells—AFC)
堿性燃料電池的設(shè)計(jì)與質(zhì)子交換膜燃料電池的設(shè)計(jì)基本相似，但其電解質(zhì)為穩(wěn)定的氫氧化鉀基質(zhì)。操作時(shí)所需溫度并不高，轉(zhuǎn)換效率好，可使用的催化劑種類(lèi)多且價(jià)格便宜，例如銀、鎳等。但是，在最近各國(guó)燃料電池開(kāi)發(fā)中，卻無(wú)法成為主要開(kāi)發(fā)對(duì)象，其原因在于電解質(zhì)必須是液態(tài)，燃料也必須是高純度的氫才可以。目前，這種電池對(duì)于商業(yè)化應(yīng)用來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴，其主要為空間研究服務(wù)，包括為航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水。
2.3 磷酸型燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cells—PAFC)
因其使用的電解質(zhì)為100％濃度的磷酸而得名。操作溫度大約在150℃～220℃之間，因溫度高所以廢熱可回收再利用。其催化劑為白金，因此，同樣面臨白金價(jià)格昂貴的問(wèn)題。到目前為止，該燃料電池大都使用在大型發(fā)電機(jī)組上，而且已商業(yè)化生產(chǎn)，但是，成本偏高是其未能迅速普及的主要原因。
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