那么，燃料电池是如何实现化学能——电能这一转换过程的呢？我们以氢气的燃烧这一简单的反应过程为例[6]：

    在上述反应中，氢气被氧化失去电子，而氧气得到电子被还原，与氢离子结合生成水。那么，我们只需要用一种只允许氢离子通过，而不允许电子通过的物质将式1-1、式1-2两个反应从空间上分割开来，就可以让电子从外电路迁移到氧气一端，从而产生电流，对外做工。如图1-1所示：文献综述

图1-1  氢-氧燃料电池

    在上述反应中，氢气、氧气以及将它们分隔开来的物质分别扮演了燃料电池中三个要素——阳极、阴极与电解质。在阳极，燃料被氧化失去电子；在阴极，氧化剂得到电子被还原；电解质是一种只允许离子通过、不允许电子通过的物质，将发生在阳极、阴极的反应分隔开来，由于两侧存在浓度差，离子经由电解质扩散到达另一侧，从而逼迫电子从外电路由阳极迁移到阴极，实现化学能——电能的转变。

    对于一个完整的燃料电池而言，应该包含燃料（阳极）、氧化剂（阴极）、电解质、多孔电极、连接和密封材料五个部分。图1-2为一个完整的平板燃料电池截面图，示意了产生电流的主要过程：

图1-2  平板燃料电池截面图

    由上图可知，燃料电池产生电流主要有四个过程：

①　反应物进入燃料电池；

②　阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；

③　离子通过电解质迁移，电子通过外电路迁移；

④　生成物排出燃料电池。

以上，就是燃料电池的基本原理以及基本工作过程。

（2） 燃料电池特点

与传统发电方式相比，燃料电池具有如下特点：

1、转换效率高。燃料电池可将燃料之中的化学能直接转换为电能，省去了热能的转换过程，因而不受卡诺循环的限制，其燃料——电能转换效率可达45%~60%，远远高于传统发电方式。

2、绿色环保。与火力发电相比，燃料电池在发电过程中不发生燃料与氧化剂的直接燃烧，二者在隔离状态下稳定反应，因而生成物中SOx、NOx的含量几乎为零，不产生废气、废水、废渣等污染物。与核电相比，燃料电池安全稳定，不用担心产生核污染等问题。

3、结构简单，灵活性高。燃料电池组由许多单节电池构成，可根据需要将不同数量的单节电池组装成不同结构、不同规模的电池组。可以组成大规模结构用于发电厂，燃料电池发电站建造方便、周期短、成本低，不受环境条件限制，可在偏远地区建造分散型电站。同时由于其质量体积小、比功率高，有很好的移动性，可用于车辆电池，甚至是单人便携电池。

4、响应特性好。燃料电池的负荷跟随性、部分负荷特性与过负荷特性较高，在很短的时间内就可以从最低功率变换为额定功率，启动时间仅有短短数秒。并且在低功率状态下也可高效发电。

5、燃料范围广。可用于燃料电池燃料的范围十分广泛，有煤气、天然气等气体燃料，也有甲醇、乙醚、柴油等液体燃料，甚至包括洁净的煤等固体燃料。大大节省了运输费用。

1。3 燃料电池种类及各自特点来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

（1） 五类主要的燃料电池

根据电解质的不同，燃料电池可分为以下五类，各自对应的主要性质参数如表1-1所示：

①　聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）

②　磷酸盐燃料电池（PAFC）

③　碱性燃料电池（AFC）