【摘要】：燃料电池是个能量转换装置，热力学规定了它性能的理论极限或者理想情况以及自发性与否。具体而言，基于热力学第一定律和第二定律，通过一定的数学变换可以得出一些热力学势，比如系统内能U、吉布斯自由能G、焓H、亥姆霍兹自由能F等。此外，燃料电池的可逆电压E也和摩尔吉布斯自由能有关，即Δg=-nFE。最后，燃料电池的理想效率也由热力学相关定义表述得出，即ε=Δg/Δh，且效率随着温度升高而下降［8］。
燃料电池是个能量转换装置，热力学规定了它性能的理论极限或者理想情况以及自发性与否。具体而言，基于热力学第一定律和第二定律，通过一定的数学变换可以得出一些热力学势，比如系统内能U、吉布斯自由能G、焓H、亥姆霍兹自由能F等。这些热力学势互相有联系，且基于一系列的标准状况等条件可以定义燃料电池的理论极限或理想情况。例如，燃料的热潜能，即从燃料提取的最大热能，由燃料的燃烧热或者更普遍意义上的反应焓ΔH给出；然而并不是所有燃料的热潜能都可以转化为有用功，燃料做功的潜能由吉布斯自由能ΔG给出，并且由吉布斯自由能ΔG唯一确定反应的自发性与否，其符号表明这个反应能否做电功，其大小则表明能做多少电功。此外，燃料电池的可逆电压E也和摩尔吉布斯自由能有关，即Δg=-nFE。虽然ΔG与反应物的量成比例，但是Δg和E与反应物的量不成比例；当然理论上可逆电压E也与温度和压强相关，且影响能力有限；而作为燃料电池热力学的核心，能斯特方程通过引入化学势与ΔG的关系，对可逆电压E与反应物和生成物活度之间的关系进行描述，从而勾画出可逆电压与物质浓度、气体压强等之间的关系。最后，燃料电池的理想效率也由热力学相关定义表述得出，即ε=Δg/Δh，且效率随着温度升高而下降［8］。(www.xing528.com)
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