文档介绍：新能源发电技术 ---- 燃料电池
一、前言
燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能，等温地按电化学原理转
化为电能的能量转换装置。燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电
解质构成。燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极
构成电回路，产生电能而驱动负载工作。燃料电池与常规电池不同在于，它工作
时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水，并释放出
电能；只要保持燃料供应，电池就会不断工作提供电能。
二、原理
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是
由正负两个电极 (负极即燃料电极和正极即氧化剂电极 )以及电解质组成。不同的
是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的
正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实
的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，
进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续
地发电。
氢-氧燃料电池反应原理这个反映是电解水的逆过程。
电极应为：负极：H2–2e-+2OH-=2H2O
正极：O2+H2O+4e-=4OH-
电池反应： 2H2+O2=2H2O
另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反
应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。燃料电池
通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴
极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）
能在流路中通过。在实用的燃料电池中因工作的电解质不同，经过电解质与反应相关的离子种类也不同。 PAFC和 PEMFC 反应中与氢离子相关，发生的反应为：
燃料极：H2=2H++2e-（1）
空气极：2H++1/2O2+2e-=H2O（2）
全体：H2+1/2O2=H2O（3）
在燃料极中，供给的燃料气体中的 H2 分解成 H+和e-，H+移动到电解质中
与空气极侧供给的 O2 发生反应。 e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，
参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了 e-不间断地经由外部回路，因而就构
成了发电。并且从上式中的反应式（ 3）可以看出，由 H2 和 O2 生成的 H2O，
除此以外没有其他的反应， H2 所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随
着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能
的比例。引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，
为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接
以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、上下两面中备有气体流
路的部件， PAFC和 PEMFC 的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电
流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。 PAFC 的电解质为浓磷酸水溶液，
而 PEMFC 电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均采用碳的多孔体，为了促
进反应，以 Pt 作为触媒，燃料气体中的 CO 将造成中毒，降低电极性