氢能与质子交换膜燃料电池

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1、氢能与质子交换膜燃料电池1序言为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段，已被美国《时代》周刊评为21世纪有重要影响的十大技术之一。2氢燃料电池工作原理燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由3部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图1[3]。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。以质子交换膜燃料电池（PEMFC）

2、为例，其工作原理如下：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为：H2→2H++2e。(3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2O2+2H++2e→H2O总的化学反应为：H2+1/2O2＝H2O电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。3PEMF

3、C的特点及研发应用现状燃料电池种类较多，PEMFC以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统。PEMFC发电机由本体及其附属系统构成。本体结构除上述核心单元外，还包括单体电池层叠时为防止汽、水泄漏而设置的密封件，以及压紧各单体电池所需的紧固件等。附属系统包括：燃料及氧化剂贮存及其循环单元，电池湿度、温度调节单元，功率变换单元及系统控制单元。图2是一个典型的PEMFC发电系统示意图[4]。(1)PEMFC作为移动式电源的应用PEMFC作为移动式电源的应用

4、领域分为两大类：一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军事、通讯、计算机等领域，以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要。实际应用是手机电池、笔记本电脑等便携电子设备、军用背负式通讯电源、卫星通讯车载电源等。二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源，以满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力电源。国际上，PEMFC研究开发领域的权威机构是加拿大Ballard能源系统公司。美国H-Poilton标准公司合作研制RFC（再生燃料电池）系统，目的是配

5、合太阳能发电系统组成用于火星探测飞行器或月球基地的动力电源（太阳能电解水装置功率35kFC发电机功率25kW）。美国空军也与Tread.