质子交换膜燃料电池发展前景探讨

材料写作网    时间: 2020-07-12 04:29:24     阅读:次

摘要：燃料电池是一种将化学能通过化学反应直接转化成电能的装置。PEMFC作为新一代发电技术，以其特有的高效率和环保性引起了全世界的关注，极具开发和利用价值。随着PEMFC的技术不断提高和成本逐步降低，燃料电池在市场上将逐步获得应用。该文分析了质子交换膜燃料电池的结构和工作原理，对比了各种燃料电池基本属性，阐述了燃料电池当前发展的状态，探究了其较高的利用效率又不污染环境的能源利用方式对当前能源紧缺和环境污染严重的需要，进一步明确了质子交换膜燃料电池发展的广阔前景，其作为能源利用一次变革，必将在宇航、交通以及国防军事等领域发挥的巨大推动作用。

关键词：质子交换膜燃料电池，PEMFC，分散电站

0　引言

燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂之间的化学能通过电极反应直接转化成电能的装置。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能'储电“而是一个'发电厂“，被誉为是一种继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，也正在美、日等发达国家崛起。以急起直追的势头快步进入能以工业规模发电的行列。燃料电池具有高能量转换效率、低温快速启动、低热辐射和低排放、运行噪声低和适应不同功率要求，具有非常好的前景。

1　质子交换膜燃料电池的结构

质子交换膜燃料电池(proton exchange membranefuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的'逆“装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。如图1。

2　质子交换膜燃料电池工作原理

燃料电池本质是水电解的'逆“装置，主要由三部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图2。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。

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：1／2 Q₂+2H⁺

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