燃料电池是一种新型的电能发生装置，是一种不历经燃烧直接以电化学的 方式将燃料的化学能转变为电能的连续发电装置，同时也是一种热电联产装置, 具体是依据电化学的方式将存储在燃料中的化学能直接转变为电能，其基本原 理与常规的化学原电池类似，主要由阳极、阴极和电解质构成[1]。在阳极与阴 极的表面涂电催化剂，燃料从阳极进入，而氧气(或空气)从阴极进入，同时在 两个电极上发生电化学反应，而生成的电子自阳极流向阴极产生直流电，同时 放出热量。它与常规化学原电池的差异在于其工作方法是辅助系统持续不停地 给电池内供给燃料和氧化剂，排出生成物和余热。

从理论上讲，它不历经热机过程，因而不会受到卡诺循环的局限，单次能 量的转化率可高达50％-60％。如果将高温燃料电池的尾气与燃气轮机相联合进 行余热再使用，总能效能达到80％以上。除此之外，燃料电池还拥有环境友好

的优点，因为燃料电池自身是不具备任何运动部件，而且操作时噪音很小，几 乎不会排放NOx和S02等环境不友好性气体,其温室气体C02的排放量也比普通的火 力发电厂减少40％以上。动能

图 1。1 燃料电池与常规发电过程对比

恰是因为这些无法替代的优点让燃料电池被认为是2l世纪最好的发电技 术。而更早在1839年，格罗夫(Grove)[1]就发表了有关燃料电池研究的报告，他 以铂做电极、氢为燃料和氧为氧化剂从而组装了世界上第一台真正意义上的燃 料电池。随后蒙德(Mond)[1]和他的助手朗(Langer)以浸有电解质的多孔非传导 原料为电池隔开的膜对燃料电池进行了探究，第一次创作了燃料电池(Fuel Cell)这一单词。然则由于对热机过程的研究取得巨大进步和电极过程动力学理 论的停滞不前使得燃料电池在非常长的一段时刻内没有任何显著的进展。70年 代后，因为燃料电池在航天范畴的大量应用和全球性的能源危机出现，使燃料 电池的理论和应用技术得到了飞速的提高。燃料电池的分类有很多种，大致上 可以分为直接醇类燃料电池(DMFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、再生氢氧燃 料电池(RFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸 盐燃料电池(MCFC)、碱性燃料电池(AFC)等。

表 1。1 主要燃料电池特性

电池 类型 AFC碱性 燃料电池 MCFC熔融碱酸 盐燃料电池 SOFC固体氧化物 燃料电池 PEMFC质子交换 膜燃料电池

阳极 Pt/Ni Ni/Al Ni/ZrO2 Pt/C

阴极 Pt/Ag Li/NiO Sr/LaMnO2 Pt/C

电解质 KOH(l) K2/Li2CO3(l) YSZ(s) Dow(l) 、

Nafion(l)

腐蚀性 强 强 弱 无

CO2，N2相容性 不相容 相容 相容 相容

工作温度，C 约100