1.1概述

世界范圍內的能源短缺問題越來越嚴重。對于傳統的化石燃料不可再生，且使用過程中造成的環境污染嚴重。然而，絕大多數能量的轉化是熱機過程實現的，轉化效率低。在過去30年里，化石燃料減少，清潔能源需求增多。尋求環保型的再生能源是21世紀人類面臨的嚴峻的任務。因此，針對上述傳統能源引來的諸多問題，提高能源的轉換效率和尋求清潔新能源的研究獲得越來越廣泛的。

燃料電池(Fuelcell)是一種新型的能源技術，其通過電化學反應直接將燃料的化學能轉化為電能[1,2]。而且，不受地域以及地理條件的限制。近年來，燃料電池得到了長足的發展，并且在不同的領域已得到了實際的應用。

1.2燃料電池

燃料電池不受卡諾循環的限制，理論能量轉化率高(在200°C以下，效率可達80%)，實際使用效率則是普通內燃機的2~3倍，所用的燃料為氫氣、甲醇和烴類等富氫物質[3]，環境友好。因此，燃料電池具有廣闊的應用前景。下面從組成、分類和特點3個方面具體介紹一下燃料電池：

1.2.1燃料電池的組成

燃料電池本質上是水電解的一個逆裝置。在燃料電池中，氫和氧通過化學反應生成水，并放出電能。燃料電池基本結構主要由陽極、陰極和電解質3部分組成。通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，加速電極上的電化學反應。兩極之間是電解質，電解質可分為堿性型、磷酸型、固體氧化物型、熔融碳酸鹽型和質子交換膜型等五大類型。以H2/O2燃料電池為例(圖1-1)：H2進入燃料電池的陽極部分，陽極上的鉑層將氫氣轉化成質子和電子。中間的電解質僅允許質子通過到達燃料電池的陰極部分。電子則通過外線路流向陰極形成電流。氧氣進入燃料電池的陰極和質子，電子相結合生成水[4]。

1.2.2燃料電池的分類

通常燃料電池根據所用電解質的不同來劃分，因為它決定了燃料電池的工作溫度、電極上所采用的催化劑以及發生反應的化學物質。燃料電池按電解質的不同可分為五類：堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和質子交換膜燃料電池。表1.1列出了上述五種燃科電池的主要特點[5]。

1.2.3燃料電池的特點

燃料電池主要特點[6]如下：

(a)能量轉化效率高。燃料電池能量轉化過程不受卡諾循環的限制，理論上最大效率可達80%以上，實際工作效率受極化現象等影響在40%~60%。

(b)清潔無污染。以純氫為燃料時，產物只有水，幾乎不產生有害物質。富氫氣體為燃料進行脫硫除氮工作，幾乎不排放硫氧化物和氮氧化物。

(c)工作噪音低。運動部件非常少，因此其工作噪音很小，十分安靜。

(d)部件少，可靠性及維護性好。可以作為各種不間斷電源和應急電源使用。