燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高;另外，燃料電池用燃料和氧氣作為同時沒有機(jī)械傳動部件，故沒有噪原料，排放出的有害氣體極少;聲污染。由此可見，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

燃料電池的優(yōu)點(diǎn)

燃料電池作為第四種發(fā)電方式的裝置，與其他幾種發(fā)電方式比較起來有以下幾個主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）燃料電池是通過燃料與氧化劑的化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，沒有中間的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，因而這種發(fā)電方式能量轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)50％。還可回收發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱。若把產(chǎn)生的余熱再用于發(fā)電或供暖、供水等，綜合考慮效率能達(dá)到80％。

（2）燃料電池發(fā)電過程，機(jī)械部件很少，噪聲低；化學(xué)反應(yīng)的排出物主要是水蒸氣等潔凈的氣體，不會污染環(huán)境。在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天，燃料電池的這個優(yōu)點(diǎn)尤其可貴。

（3）燃料電池中所使用的燃料，既可是天然氣、煤氣和液化燃料，也可以是甲醇、沼氣乃至木柴。可根據(jù)不同地區(qū)的具體情況，選用不同的燃料用于燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)，這可廣開燃料來源途徑，緩解能源緊張。

（4）燃料電池從中斷運(yùn)轉(zhuǎn)到再啟動，輸電能力回升速度快，并可在短時間內(nèi)增加和減少電力輸出。因此將這種發(fā)電系統(tǒng)與其他輸電網(wǎng)連接使用最為有利，可隨時補(bǔ)充電網(wǎng)在用電高峰時所需的部分電能。

（5）燃料電池本身為一個“組合體”，所用部件可事先在工廠生產(chǎn)，然后組裝；它的體積小，拆裝都很方便，這可節(jié)省建電站的時間。

燃料電池的工作原理

人們常用的普通電池有堿性干電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。燃料電池和普通電池相比，既有相似，又有很大的差異。它們有著相似的發(fā)電原理，在結(jié)構(gòu)上都具有電解質(zhì)，電極和正負(fù)極連接端子。二者的不同之處在于，燃料電池不是一個儲存電能的裝置，實(shí)際上是一種發(fā)電裝置，它所需的化學(xué)燃料也不儲存于電池內(nèi)部，而是從外部供應(yīng)。在燃料電池中，反應(yīng)物燃料及氧化劑可以源源不斷地供給電極，只要使電極在電解質(zhì)中處于分隔狀態(tài)，那么反應(yīng)產(chǎn)物可同時連續(xù)不斷地從電池排出，同時相應(yīng)連續(xù)不斷地輸出電能和熱能，這便利了燃料的補(bǔ)充，從而電池可以長時間甚至不間斷地工作。人們之所以稱它為燃料電池，只是由于在結(jié)構(gòu)形式上與電池有某種類似：外特性像電池，隨負(fù)荷的增加，它的輸出電壓下降。

燃料電池實(shí)際上是一個化學(xué)反應(yīng)器，它把燃料同氧化劑反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。它沒有傳統(tǒng)發(fā)電裝置上的原動機(jī)驅(qū)動發(fā)電裝置，也沒有直接的燃燒過程。燃料和氧化劑從外部不斷輸入，它就能不斷地輸出電能。它的反應(yīng)物通常是氫和氧等燃料，它的副產(chǎn)品一般是無害的水和二氧化碳。燃料電池的工作不只靠電池本身，還需要燃料和氧化劑供應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物排放等子系統(tǒng)與電池堆一起構(gòu)成完整的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池可以使用多種燃料，包括氫氣、碳、一氧化碳以及比較輕的碳?xì)浠衔铮趸瘎┩ǔＪ褂眉冄趸蚩諝狻Ｋ幕驹硐喈?dāng)于電解反應(yīng)的逆向反應(yīng)，即水的合成反應(yīng)。燃料及氧化劑在電池的陰極和陽極上借助催化劑的作用，電離成離子，由于離子能夠通過二電極中間的電解質(zhì)在電極間遷移，在陰電極、陽電極間形成電壓。當(dāng)電極同外部負(fù)載構(gòu)成回路時，就可向外供電（發(fā)電）。圖1是燃料電池的工作原理圖。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

燃料電池發(fā)展歷程

1、139年，英國科學(xué)家Grove首先介紹了燃料電池的原理性實(shí)。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

2、1889年，L.Mond和C.Langer以鉑黑為電催化劑，以鉆孔的鉑為電流收集器組裝出燃料電池，當(dāng)工作電流密度為3.5mA/cm-2時電池的輸出電壓為0.73V.O這個研究已經(jīng)很接近現(xiàn)代的燃料電池了。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

3、20世紀(jì)60年代，燃料電池首次應(yīng)用在美國特種航天管理局（NASA）的阿波羅登月飛船上作為輔助電源，為人類登月球做出了積極貢獻(xiàn)。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

4、1959培根制造出能夠工作的燃料電池，也就是一部燃料電池的5kW的焊接機(jī)。同年，\Allis-Chalmers公司也推出了第部以燃料電池為動力的農(nóng)用拖拉機(jī)。

5、1973研究重點(diǎn)從航天轉(zhuǎn)向地面發(fā)電裝置，磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽電池（MCFC）以及直接采用天然氣、煤氣和碳?xì)浠衔镒魅剂系墓腆w氧化物燃料電池（SOFC）作為電站或分散式電站相繼問世。

1973年發(fā)生石油危機(jī)后，世界各國普遍認(rèn)識到能源的重要性人們研究了以凈化重整氣為燃料的磷酸型燃料電池（PAFC，稱為第一代燃料電池）以凈化煤氣、天然氣為燃料的熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC，稱為第二代燃料電池）還有固體氧化物電解質(zhì)燃料電池（SOFC，稱為第三代燃料電池）。

燃料電池發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

1993年，加拿大Ballard電力公司展示了一輛零排放、最高時速為72km/h、以質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）為動力的公交車［2］，引發(fā)了全球性燃料電池電動車的研究開發(fā)熱潮。

6、目前在PEMFC向商業(yè)化邁進(jìn)的過程中，氫源問題異常突出，氫供應(yīng)設(shè)施建設(shè)投資巨大，氫的貯存與運(yùn)輸技術(shù)以及氫的制備技術(shù)等還遠(yuǎn)落后于PEMFC自身的發(fā)展，20世紀(jì)末，以醇類直接為燃料的燃料電池成為了研究與開發(fā)的熱點(diǎn)，受到了世界各國的廣泛重視，并取得了長足的進(jìn)展。