一文带你了解燃料电池是什么

什么是燃料电池？

燃料电池，是一种将燃料所拥有的化学能直接地转换成电能的化学装置，其又被称作电化学发电器，其主要由电极、电解质隔膜和集电器组成。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池的发电原理

燃料电池是一种能量转化装置，它按照电化学原理，即原电池工作原理，等温的把储存在燃料和氧化剂里的化学能直接转化成电能，所以实际上过程是氧化还原反应。在运行时，外部供给电池的氢在燃料极放出电子变成氢离子，氢离子通过电解质后转向空气极，而电子则通过外电路到达空气极。在空气极，由外部供给电池的氧，与氢离子和电子产生反应生成水。电能则由外电路进行输出。燃料电池和普通的干电池都是将化学能转换成电能的装置，但是两者有一个很大的不同点，即封存在干电池中参与化学反应的物质最终会消耗殆尽，反应停止，就不能再输出电能；但是对燃料电池来说，只要能不断地给它提供燃料气体和氧化剂，化学反应就能一直进行下去，从而不停地输出电能。

燃料电池的优势

1．对环境的污染小

燃料电池之所以会被认为是未来新能源汽车的终极选择，很大的一个原因就是燃料电池对环境的污染小。燃料电池电动汽车在本质上是一种零排放汽车，燃料电池没有燃烧过程，若以纯氢作燃料，通过电化学的方法，将氢和氧结合，只会产生水。采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料，生成物除水之外还可能有少量的二氧化碳，但其排放量远少于内燃机，且没有其他污染排放，如氧化氮、氧化硫等等，接近零排放。与传统汽车相比既减少了机油泄漏带来的污染，又降低了温室气体的排放，所以燃料电池堆环境的污染很小。

2．能量转换率高

燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，因此不会受到卡诺循环的限制，它在运行时把化学能直接转换为电能，所以相比内燃机的燃烧作用不会产生大量废气与废热，能量转化效率目前能达到约40％～60％，而内燃机的转换效率只有10～20％左右。能量转换率高，就可以节省许多的能源。

3．可使用的燃料范围广

燃料电池可使用的燃料范围非常广泛，含有氢原子的能源都可以用作燃料电池的燃料。氢可以通过水分解来获得，也可以通过其他的可再生能源来获得，如天然气、丙烷、煤炭、沼气、甲醇等等。可使用的燃料范围广，能源多样性就强，这样可以降低对现有主要能源石油的依赖性，优化能源结构，缓解能源紧张的问题。

4．安全性相对较高

燃料电池在工作过程中，电池温度不会超过100℃，如果加上冷却措施，温度还会更低，此外燃料电池的外壳如果破裂，也不会产生爆炸，只会有燃烧反应，相对其他电池来说安全性更高。

5．稳定性强

燃料电池不管是高于其额定功率运行还是低于其额定功率运行，它都能稳定承受，并且效率变化不大。除此之外，它还能够在短时过载能力可以达到额定功率的200％且仍能稳定运行，非常适用于汽车的加速、爬坡等情况。

6．运行时噪音低

燃料电池的结构非常简单，除了空气压缩机和冷却系统以外没有其他的运动零部件，因此在运行的时候噪音非常低。

燃料电池的劣势

1．电池生产成本高

燃料电池本身结构简单，拥有的零部件不多，但是目前最常见的质子交换膜燃料电池需要用到的铂金属，铂金属资源稀缺，价格高昂，也因此导致燃料电池的生产成本升高。

2．燃料制取成本高

目前燃料电池多数还是以氢能源为主，而氢气的制取目前还是以电解水为主，这就需要消耗电力来获得氢气，导致制取成本高。

3．燃料储存难度高

氢气作为目前燃料电池的主要燃料，在储存和运输时，需要高压、密封，保证不能泄漏，这就对储存技术提出了很高的要求。

作者：黄诚

审核编辑 黄昊宇