燃料电池：从化学能到电能的转换

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的电化学装置，又称电化学发电器。以氢燃料电池为例，其电极和电池反应如下。

从上面的电池反应可以看出，氢燃料电池通过氧化还原反应，将氢气变为水，因此是一种将化学能转换为电能的电化学装置。

燃料电池主要由电极、电解质和外部电路三部分组成。与其他二次电池不同的是，一般电池的活性物质贮存在电池内部，而燃料电池的正负极只是个催化转换元件，不包含活性物质。燃料电池必须同时配套反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等辅助系统，才可以工作。电池工作放电时，燃料和氧化剂由外部供给。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断被排除，燃料电池就能连续发电。

同为新能源电池，锂离子电池是一种储能装置，在使用前需要先充电，待用时再输出电能。而燃料电池则需要配置氢气或者甲醇等燃料，在使用时通过燃烧将化学能转化成电能。它是一种能量转化装置，而不是储能装置。目前，燃料电池的燃料主要是氢气、甲醇等碳氢化合物。(www.xing528.com)

常用的燃料电池按电解质不同，可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）等。其中，质子交换膜燃料电池由于具有电池操作温度低、启动速度快等多种性能优势，是目前较成熟的燃料电池。锂离子电池与燃料电池的综合对比如表3-1所示。

表3-1　锂离子电池与燃料电池的综合对比

追溯一下新能源汽车的发展历史可以看出，新能源汽车在沿着“镍氢电池—锂离子电池—燃料电池”产业化路径发展，而短期能够兑现业绩的只有镍氢电池。随着锂离子电池技术的成熟，镍氢电池逐渐被锂离子电池所取代。但目前商用锂离子电池的比容量一般不超过300mAh/g，远不能满足纯电动汽车等大型设备的高能量密度储能需求。近年来，燃料电池技术的突飞猛进，使氢能的梦想在21世纪开始变得更加现实。以氢气为动力的燃料电池汽车得到了世界各国政府和企业的高度重视，发达国家都将大型燃料电池的开发作为研发重点，企业界也纷纷斥巨资从事燃料电池的研究与开发，以加氢站、输氢管道建设为标志的“氢经济”初露端倪。