新能源汽车：燃料电池分类介绍（上）

一、燃料电池的分类

燃料电池具有几种分类方法，分类标准包括：电池工作温度、燃料种类、电解质类型等。

（1）根据工作温度，燃料电池可分为三类：低温型 （工作温度低于200℃）、中温型（工作温度处于200~750℃之间）、高温型（工作温度高于750℃）。

（2）根据燃料的种类，燃料电池也可分为三类：

1）直接式燃料电池，即直接使用氢气作为电池燃料；

2）间接式燃料电池，将甲烷、甲醇、其他类化合物转化为氢或富含氢的混合气燃料，再供给至燃料电池；

3）再生燃料电池，将燃料电池放电所生成的水，再重新分解成氢和氧，并作为燃料输送回燃料电池。

（3）根据电解质类型，可分为五类：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）。

二、质子交换膜燃料电池

（1）质子交换膜燃料电池简介

质子交换膜燃料电池是最常用的燃料电池。质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用可传导离子的聚合膜作为电解质，所以也可被称为聚合物电解质燃料电池 （PEFC）、固体聚合物燃料电池（SPFC）、固体聚合物电解质燃料电池（SPEFC）。

（2）质子交换膜燃料电池组成

质子交换膜燃料电池的组成包括：质子交换膜、催化层、扩散层、集流板，其中质子交换膜、催化层、扩散层三者共同组成膜电极。

图片来源：学堂在线《新能源汽车》

1）质子交换膜

质子交换膜（Proton Exchange Membrane，简称PEM）是质子交换膜燃料电池的重要部件，其性能可直接影响燃料电池的性能和寿命。该膜除了具有将燃料电池阳极燃料与阴极氧化剂隔开的功能外，还是电解质和电极活性物质（电催化剂）的基底，即兼具隔膜和电解质的作用。另外，质子交换膜也是一种选择透过膜，只有氢离子（H+）可穿过该膜，其它离子、气体、液体均不可穿过该膜。

图片来源：学堂在线《新能源汽车》

2）电催化剂

为增加电化学反应速率，气体扩散电极（根据下文：即电池电极）表面覆盖一定量催化剂。质子交换膜燃料电池电催化剂主要包括铂系和非铂系电催化剂两类，目前多采用铂系电催化剂。

3）电池电极

质子交换膜燃料电池的电极是一种多孔气体扩散电极，一般由扩散层和催化层组成。

扩散层是由导电材料制成的多孔结构，具有支撑催化层，收集电流，为电化学反应提供电子通道、气体通道、排水通道的作用。

催化层是进行电化学反应的区域，是电池电极的核心部分。其内部结构粗糙多孔，以为氢气和氧气的电化学反应提供足够的表面积。

4）膜电极

膜电极（Membrane and Electrode Assembly，简称MEA）是通过热压将阴极、阳极、质子交换膜复合在一起的电极。

5）双极板与流场

双极板又被称为集流板，是燃料电池的重要部件，其作用包括：分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联、通过流场（根据网络资料理解：通过流畅即通过压强的变化）为反应气体进入电极和水从电极排出提供通道。

（3）质子交换膜燃料电池的特点

1）优点：

① 能量转化效率高；

② 可实现零排放；

③ 运行噪声低，可靠性高；

④ 电池内部构造简单，维护方便；

⑤ 发电效率平稳；

⑥ 氢是可再生能源，来源广泛。

2）缺点：

① 膜材料和催化剂制造成本高；

② 该类电池需纯净氢燃料。

审核编辑 ：李倩