虽然现阶段新能源在人类能源消费总量中所占的比率不高，但是它是目前解决能 源问题的唯一出路，且有着广阔的应用前景，随着新能源的投入增加和技术进步，新能源将成为未来人类能源的主要消费形式。 主要目前最有应用前景的是氢能，宇宙质量的 75%是氢元素，是自然界中最常见的元素。在地球上和氧气结合，以水的形式存在。目前制取氢气的主要思路是利用太 阳能，主要手段有利用太阳能发电[4]，电解水制氢；太阳能热分解水制氢；太阳能生 物法制氢。

1。3 燃料电池的分类

根据燃料电池中电解液的不同，可将燃料电池分为 5 类：

1。磷酸盐燃料电池（PAFC）；

2。质子交换膜燃料电池（PEMFC）；

3。碱性燃料电池（AFC）；

4。熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；

5。固体氧化物燃料电池（SOFC）；

6。直接甲醇型燃料电池（DMFC）[5]。 质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用及其薄的聚合物薄膜作为电解质材料，质子

携带一个正电荷。这种燃料电池允许工作温度很低，功率密度较高，因此具有很好的 应用前景。

这 5 种燃料电池的工作原理相同，都基于基本的电化学原理。只不过这五种燃料 电池在工作不同的温度下工作，使用材料也不尽相同，燃料的抗毒性也有区别。

1。4 氢氧燃料电池

随着传统化石能源的枯竭，寻找替代能源显得尤为重要。氢能这一种二次能源， 作为含能体能源，相比于电能容易贮存，而氢能作为化石能源的替代品，由于有着诸 多优势而在众多替代燃料中脱颖而出。氢气作为能源使用，具有：

1。清洁，对环境友好，理论上燃烧产物只有水，而水还可以反复利用；

2。来源广，目前主要来源有石油提炼的副产品、水煤气和分解水；

3。热值高，为 142,351kJ/kg，大约是汽油热值的 3 倍；

4。氢气导热性好，比大多数气体的传热能力高 10 倍；

5。燃烧稳定，燃烧快，燃点高等诸多优点。

6。用途广泛 ，既可作为燃料, 又可作为化工原料[6]。 氢燃料电池，被认为是利用氢能，缓解甚至解决人类现在及未来面临的能源危机

的最终手段 。 燃料电池是不经由燃烧，而直接以电化学反应方式将燃料中的化学能转化为电能

的装置[7]。它与普通电池的区别是，只要燃料源源不断的供给，燃料电池就能持续不 断的产生电能[8]，而不受限于本身的容量。虽然内燃机也可以将燃料的化学能转化为 电能，但是以燃料的燃烧为途径，是将化学能转化为热能，再转为电能实现的，执行 这些步骤是繁琐而低效的[8]。氢燃料电池在 25℃时理论转化效率为 83%，目前能达到 45%~60%[9]，而内燃机仅为 20%~40%。

化学键的断裂需的要吸收能量，化学键的结合将释放能量。燃料电池正是利用高 能量的化合物结合键在转变为低能量生成物结合键时释放的能量直接转化为电能的 装置。PEMFC 在空间中分离氧气和氢气，让完成键合所需要的电子在氧气和氢气分 离点间直接运动，从而形成电流。

工作性能最好的燃料电池是以氢气为燃料，这种燃料电池叫做质子交换膜燃料电 池（PEMFC），氢氧燃料电池的反应过程相当于电解水的逆过程[10]。

氢气的燃烧可分为两个半化学反应：

这两个半反应分别在阳极和阴极上发生，反应产生的电子在的外电路中流动做功，形 成电流。

图 1-1 氢氧燃料电池反应示意图 这一反应阴阳极隔离是依靠电解液完成的，电解液是一种只允许离子通过却不许电子 通过的材料。燃料电池电流与反应物种类，电极与电解质参与反应面积实际正比的。 而燃料中的能量转移给电子形成电流这一过程速度有限，且只能发生在反应面上。因 此，反应表面要求面积尽可能的大，通常用表面积比上体积来衡量这一指标，面体比