什么是燃料電池？

燃料電池，是一種將燃料所擁有的化學能直接地轉換成電能的化學裝置，其又被稱作電化學發電器，其主要由電極、電解質隔膜和集電器組成。它是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術。從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電池是最有發展前途的發電技術。

燃料電池的發電原理

燃料電池是一種能量轉化裝置，它按照電化學原理，即原電池工作原理，等溫的把儲存在燃料和氧化劑里的化學能直接轉化成電能，所以實際上過程是氧化還原反應。在運行時，外部供給電池的氫在燃料極放出電子變成氫離子，氫離子通過電解質后轉向空氣極，而電子則通過外電路到達空氣極。在空氣極，由外部供給電池的氧，與氫離子和電子產生反應生成水。電能則由外電路進行輸出。燃料電池和普通的干電池都是將化學能轉換成電能的裝置，但是兩者有一個很大的不同點，即封存在干電池中參與化學反應的物質最終會消耗殆盡，反應停止，就不能再輸出電能；但是對燃料電池來說，只要能不斷地給它提供燃料氣體和氧化劑，化學反應就能一直進行下去，從而不停地輸出電能。

燃料電池的優勢

1．對環境的污染小

燃料電池之所以會被認為是未來新能源汽車的終極選擇，很大的一個原因就是燃料電池對環境的污染小。燃料電池電動汽車在本質上是一種零排放汽車，燃料電池沒有燃燒過程，若以純氫作燃料，通過電化學的方法，將氫和氧結合，只會產生水。采用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池的燃料，生成物除水之外還可能有少量的二氧化碳，但其排放量遠少于內燃機，且沒有其他污染排放，如氧化氮、氧化硫等等，接近零排放。與傳統汽車相比既減少了機油泄漏帶來的污染，又降低了溫室氣體的排放，所以燃料電池堆環境的污染很小。

2．能量轉換率高

燃料電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環節，因此不會受到卡諾循環的限制，它在運行時把化學能直接轉換為電能，所以相比內燃機的燃燒作用不會產生大量廢氣與廢熱，能量轉化效率目前能達到約40％～60％，而內燃機的轉換效率只有10～20％左右。能量轉換率高，就可以節省許多的能源。

3．可使用的燃料范圍廣

燃料電池可使用的燃料范圍非常廣泛，含有氫原子的能源都可以用作燃料電池的燃料。氫可以通過水分解來獲得，也可以通過其他的可再生能源來獲得，如天然氣、丙烷、煤炭、沼氣、甲醇等等。可使用的燃料范圍廣，能源多樣性就強，這樣可以降低對現有主要能源石油的依賴性，優化能源結構，緩解能源緊張的問題。

4．安全性相對較高

燃料電池在工作過程中，電池溫度不會超過100℃，如果加上冷卻措施，溫度還會更低，此外燃料電池的外殼如果破裂，也不會產生爆炸，只會有燃燒反應，相對其他電池來說安全性更高。

5．穩定性強

燃料電池不管是高于其額定功率運行還是低于其額定功率運行，它都能穩定承受，并且效率變化不大。除此之外，它還能夠在短時過載能力可以達到額定功率的200％且仍能穩定運行，非常適用于汽車的加速、爬坡等情況。

6．運行時噪音低

燃料電池的結構非常簡單，除了空氣壓縮機和冷卻系統以外沒有其他的運動零部件，因此在運行的時候噪音非常低。

燃料電池的劣勢

1．電池生產成本高

燃料電池本身結構簡單，擁有的零部件不多，但是目前最常見的質子交換膜燃料電池需要用到的鉑金屬，鉑金屬資源稀缺，價格高昂，也因此導致燃料電池的生產成本升高。

2．燃料制取成本高

目前燃料電池多數還是以氫能源為主，而氫氣的制取目前還是以電解水為主，這就需要消耗電力來獲得氫氣，導致制取成本高。

3．燃料儲存難度高

氫氣作為目前燃料電池的主要燃料，在儲存和運輸時，需要高壓、密封，保證不能泄漏，這就對儲存技術提出了很高的要求。

作者：黃誠

審核編輯 黃昊宇