1.2.2燃料电池的分类及发展

燃料电池的发电原理是通过氢气和氧气共同作用，并以电化学的方式结合，产生水、热和电，阳极是燃料端，燃料可以使用氢气、天然气、甲醇等含氢的化石燃料，也可以使用上述的燃料经重组产生富含氢气的燃料，或由再生能源经过转换成为氢气燃料使用。燃料电池技术依据电解质(Electrolyte)的不同，可分为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、熔融碳酸盐(MCFC)、固态氧化物(SOFC)、质子交换膜(PEMFC)、直接甲醇(DMFC)、固态氧化物(SOFC)等燃料电池。各种燃料电池中所产生的化学反应种类、操作温度范围、操作参数、适合的应用产品以及优点和限制都不相同。其中AFC适合用运于航空领域；MCFC以及SOFC适合于大型集中式电厂的应用；PAFC有一些作为旅馆、医院备用电力的案例；DMFC是小型及微型燃料电池发展的主流，用以取代现有锂离子、镍镉与镍氢电池等二次电池为目标；PEMFC主要应用方向在电动车市场，例如电动汽车、电动机车、电动自行车及电动工具的电池组中，并且已进入小量生产。包括福特、本田和克莱斯勒等主要汽车公司，其它亦可应用于3C产品的电池、或者作为小型备用电力系统等应用。上述6种燃料电池中，以PEMFC、DMFC与SOFC三者最具发展潜力。

1.2.3燃料电池的工作原理

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极附近的氢离子流到阳极催化剂，并分离为质子和电子，运行使用温度大约为80-100℃。这些质子与氧化剂之间发生反应，使其转化成一般情况下要求的多质子膜。质子通过这些膜到达阴极，但由于存在电绝缘膜，电子被迫而扩散到外部电路中。阴极催化剂，氧分子与电子和质子反应生成水；在这种情况下，唯一的废物就是液体或水蒸气。当然除了这种类型的纯氢之外，还有燃料基燃料电池，包括柴油，甲醇和以及一些其他的氢化物。

质子交换膜燃料电池组件不同于双极板，电极，催化剂，膜和其他必需的附件，在燃料电池的不同部分使用的不同材料是不同的。双极板也可以由金属，表面涂层金属，石墨，柔性石墨复合材料，碳高分子复合材料等不同类型的材料制成。贵金属，铂或类似金属也常常被用作PEMFC中的催化剂。此外，电解质可以是聚合物膜。

固体氧化物燃料电池（SOFC）电池是使用氧化钇稳定的二氧化锆所形成的陶瓷的氧离子的电解质和多孔电子的燃料和空气的几种物质的磁极的力量。空气中的氧原子在空气电极或电解质界面上减少，形成氧离子。在空气燃料之间的氧的作用下，氧离子向电解液中燃料极侧移动，然后在燃料电极电解质界面和氢或一氧化碳的氧化反应中的燃料，水蒸气或二氧化碳的形成和释放电子。电子通过外环，再次回到空气极，此时就可以产生了电能。由于电池体的构成材料都是实心的，所以没有必要像其他燃料电池那样做成扁平的形状，但它通常被做成圆柱形。SOFC的特点是，因为在温度较高的情况下使用（800-1000℃），所以通过使电池内部的底面循环，可以获得效率在60%以上的高效率的发电，同时也可以获得超过40000-80000小时的预期使用寿命。与此同时因为氧离子本身在电解质内部移动，所以我们也允许使用CO、天然气、煤气等气体当作燃料。固体氧化物燃料电池内的反应过程可以表示如下：阳极反应：2H2+2O2-→2H2O+4e- （1）

阴极反应：O2+4e-→2O2- （2）

整体电池反应：2H2+O2→2H2O （3）

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）要求温度要达到650°C的高温。MCFC使用熔融状态下的碱金属碳酸盐当作电解质，在一个较高的温度下，这种熔融状态的盐便可以允许电荷的在整个腐蚀介质中移动。