燃料電池實際上是一個化學(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)。

一、電極

實際應(yīng)用的燃料電池，需要有足夠高的電流密度，因而應(yīng)提高電極反應(yīng)的速率。燃料電池中的反應(yīng)發(fā)生在電極表面(嚴(yán)格說是電極、氣體和電解質(zhì)組成的三相界面)上，氫氣在陽極發(fā)生電極反應(yīng)，產(chǎn)生的電子和質(zhì)子分別通過外電路和電解質(zhì)到達(dá)陰極，并在陰極與氧氣反應(yīng)生成水。電子經(jīng)過外電路時輸出了電能。

影響電極反應(yīng)速率的主要因素是催化活性和電極表面積。燃料電池的電極不是簡單的固體電極，而是所謂的多孔電極。多孔的表面積是電極幾何面積的102一108倍。電極的催化活性對于低溫燃料電池尤為重要，因為電極反應(yīng)在低溫時的速率很低。

另外燃料電池的電極還要求導(dǎo)電性好，耐高溫和耐腐蝕。

二、電解質(zhì)

燃料電池中電解質(zhì)的主要作用是提供電極反應(yīng)所需的離子、導(dǎo)電以及隔離兩極的反應(yīng)物質(zhì)。與一般電解質(zhì)不同，燃料電池中的電解質(zhì)或者本身沒有流動性，或者被固定在多孔的基質(zhì)中。

PEMFC的電解質(zhì)是固態(tài)聚合物膜，允許質(zhì)子通過，故稱為質(zhì)子交換膜。

AFC的電解質(zhì)是KOH溶液，根據(jù)電池工作溫度的不同(50一200cC)，KOH的濃度變化很大(35%一85%)。KOH被吸附在石棉基質(zhì)中。KOH與COZ反應(yīng)生成溶解度較低的KzCO，而造成堵塞，反應(yīng)氣體中的CO2需要去除。

PAFC使用接近100%的磷酸為電解質(zhì)，浸在多孔sic陶瓷中。濃磷酸的熱穩(wěn)定性好，并可以吸收電極反應(yīng)生成的水蒸氣，因而PAFC的水管理簡單。

MCFC的電解質(zhì)是混合碳酸鹽(LieCO,-K2CO,)，基質(zhì)為LiAMO2陶瓷，導(dǎo)電的離子是CO;一。

SOFC的電解質(zhì)是多孔金屬氧化物，即Y2O,穩(wěn)定的ZrO2，導(dǎo)電的離子是O2一。

三、雙極板

陰極、陽極和電解質(zhì)構(gòu)成一個單個燃料電池，其工作電壓約0.7V。為了獲得實際需要的電壓，須將幾個、幾十個甚至幾百個燃料電池連接起來，稱為電池堆。兩個相鄰的燃料電池通過一個雙極板連接。雙極板的一側(cè)與前一個燃料電池的陽極相連，另一側(cè)與后一個燃料電池的陰極連接(故稱為雙極板)。

雙極板的主要作用有3個，即收集燃料電池產(chǎn)生的電流、向電極供應(yīng)反應(yīng)氣體、阻止兩極之間反應(yīng)物質(zhì)的滲透。另外，雙極板還起到支撐、加固燃料電池的作用。

低溫(小于300cC)燃料電池的雙極板材料通常是石墨，高溫燃料電池的雙極板用不銹鋼或?qū)щ娞沾芍谱?。不論用何種材料，雙極板的設(shè)計和制作都是十分關(guān)鍵的。