一、燃料電池的分類

燃料電池具有幾種分類方法，分類標準包括：電池工作溫度、燃料種類、電解質類型等。

（1）根據工作溫度，燃料電池可分為三類：低溫型 （工作溫度低于200℃）、中溫型（工作溫度處于200~750℃之間）、高溫型（工作溫度高于750℃）。

（2）根據燃料的種類，燃料電池也可分為三類：

1）直接式燃料電池，即直接使用氫氣作為電池燃料；

2）間接式燃料電池，將甲烷、甲醇、其他類化合物轉化為氫或富含氫的混合氣燃料，再供給至燃料電池；

3）再生燃料電池，將燃料電池放電所生成的水，再重新分解成氫和氧，并作為燃料輸送回燃料電池。

（3）根據電解質類型，可分為五類：質子交換膜燃料電池（PEMFC）、堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）。

二、質子交換膜燃料電池

（1）質子交換膜燃料電池簡介

質子交換膜燃料電池是最常用的燃料電池。質子交換膜燃料電池（PEMFC）采用可傳導離子的聚合膜作為電解質，所以也可被稱為聚合物電解質燃料電池 （PEFC）、固體聚合物燃料電池（SPFC）、固體聚合物電解質燃料電池（SPEFC）。

（2）質子交換膜燃料電池組成

質子交換膜燃料電池的組成包括：質子交換膜、催化層、擴散層、集流板，其中質子交換膜、催化層、擴散層三者共同組成膜電極。

圖片來源：學堂在線《新能源汽車》

1）質子交換膜

質子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱PEM）是質子交換膜燃料電池的重要部件，其性能可直接影響燃料電池的性能和壽命。該膜除了具有將燃料電池陽極燃料與陰極氧化劑隔開的功能外，還是電解質和電極活性物質（電催化劑）的基底，即兼具隔膜和電解質的作用。另外，質子交換膜也是一種選擇透過膜，只有氫離子（H+）可穿過該膜，其它離子、氣體、液體均不可穿過該膜。

圖片來源：學堂在線《新能源汽車》

2）電催化劑

為增加電化學反應速率，氣體擴散電極（根據下文：即電池電極）表面覆蓋一定量催化劑。質子交換膜燃料電池電催化劑主要包括鉑系和非鉑系電催化劑兩類，目前多采用鉑系電催化劑。

3）電池電極

質子交換膜燃料電池的電極是一種多孔氣體擴散電極，一般由擴散層和催化層組成。

擴散層是由導電材料制成的多孔結構，具有支撐催化層，收集電流，為電化學反應提供電子通道、氣體通道、排水通道的作用。

催化層是進行電化學反應的區域，是電池電極的核心部分。其內部結構粗糙多孔，以為氫氣和氧氣的電化學反應提供足夠的表面積。

4）膜電極

膜電極（Membrane and Electrode Assembly，簡稱MEA）是通過熱壓將陰極、陽極、質子交換膜復合在一起的電極。

5）雙極板與流場

雙極板又被稱為集流板，是燃料電池的重要部件，其作用包括：分隔反應氣體、收集電流、將各個單電池串聯、通過流場（根據網絡資料理解：通過流暢即通過壓強的變化）為反應氣體進入電極和水從電極排出提供通道。

（3）質子交換膜燃料電池的特點

1）優點：

① 能量轉化效率高；

② 可實現零排放；

③ 運行噪聲低，可靠性高；

④ 電池內部構造簡單，維護方便；

⑤ 發電效率平穩；

⑥ 氫是可再生能源，來源廣泛。

2）缺點：

① 膜材料和催化劑制造成本高；

② 該類電池需純凈氫燃料。

審核編輯 ：李倩