燃料電池是一種電化學能量轉換裝置，通過電化學方法結合燃料（通常為氫）和氧化劑（通常為氧氣）來產生電和熱。由于燃料電池能夠在不需要燃燒的情況下將化學能直接轉換成電能，只要供應燃料，它就能提供比傳統(tǒng)內燃機高得多的轉換效率。與相同功率輸出的化石燃料的技術相比，更高的效率的同時還帶來更低的二氧化碳排放和更少量的SOx和NOx。

燃料電池原理

       燃料電池由夾在電解質周圍的兩個電極組成。氫燃料被送入燃料電池的陽極，氧氣（或空氣）通過陰極進入燃料電池。

燃料電池組成

       在陽極處，氫在催化劑的作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過電解質擴散到陰極，電子則由外部電路流向正極，從而形成電流。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。氫氧燃料電池直接將燃燒的化學能轉化為電能，因此其具有效率高、污染小、噪音低的特點。

燃料電池工作原理

氫氧燃料電池基本反應

       從上面的反應式可以看出，在理想條件下燃料電池的開路電位（OCP）是1.23V。下圖顯示的是典型單個電池的性能（i-V特性），其中虛線表示理想狀態(tài)，實線表示實際的性能。

燃料電池 i -V 特性

       從曲線上可以看出 OCP 要比理想的 OCP 低并且隨著電流密度的增加而減小。四個主要因素導致這樣的損失：

       ◆  活化或動力損失：由發(fā)生在電極表面的電荷傳遞反應的速率引起；

       ◆  歐姆或阻抗損失：由電子流過電極材料、連接處以及電解液的阻抗導致，并且和電流密度成比例；

       ◆  質量傳遞、擴散或濃度損失：由電極表面的反應物被用光后，濃度的改變引起；

       ◆  燃料擴散和內部電流：這種損失（上圖沒有標出）往往是由于沒有利用的燃料通過電解液和通過電解液的電子傳導引起的偏移電流引起。

燃料電池堆

燃料電池堆示意圖

       燃料電池堆的基本構件包括陽極，陰極和電解質，其具有電連接，絕緣以及燃料和氧化劑流動所需的附加部件。此外，燃料電池堆具有集電器和隔板。

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針對燃料電池相關電化學測試方法

01 循環(huán)伏安法（CV）

       通過CV可以獲得各種組分的動力學信息。Autolab電化學工作站與SCAN250和ADC10M模塊的組合，可以執(zhí)行掃描速率高達250 kV / s的模擬掃描，以測量氫氣吸脫附等快速過程。

02 線性掃描伏安法（LSV）

       LSV可用于確定燃料電池的i-V特性。通過Autolab電化學工作站，可以實現(xiàn)極低的電位掃描速率。

03 電化學阻抗譜（EIS）

       電化學阻抗譜（EIS）已成功應用于燃料電池的研究。EIS優(yōu)于DC技術的優(yōu)點之一是可以使用非常小的振幅信號而不會顯著干擾測量。Autolab電化學工作站配合FRA32M阻抗模塊與外置電流增壓器，可以在高電流密度下進行EIS測量。

       我們在燃料電池（一）中描述了燃料電池的原理，并討論了它們作為可行技術使用中的一些問題。為了克服各種技術問題，目前已經開發(fā)出多種燃料電池類型。在本篇文章中，將為大家做一個簡單的介紹。

燃料電池分類

       燃料電池按電解質類型可分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池（PAFC）、固體氧化物燃料電池(SOFC)、堿性燃料電池（AFC）。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)

       質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell)，簡稱PEMFC。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有電化學反應催化劑，通常是鉑基顆粒，質子交換膜作為電解質。

PEMFC基礎電池反應：

PEMFC特點：

       ·發(fā)電過程簡單，能量轉換率高；

       ·結構緊湊，重量輕；

       ·綠色環(huán)保無污染。

熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)

       熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。電解質是熔融態(tài)碳酸鹽，一般為堿金屬Li、K、Na、Cs的碳酸鹽混合物，隔膜材料是LiAlO2，正極和負極分別為添加鋰的氧化鎳和多孔鎳。

MCFC基礎電池反應：

MCFC特點：

       ·具有效率高（高于40%）；

       ·噪音低、無污染、燃料多樣化（氫氣、煤氣、天然氣和生物燃料等）；

       ·余熱利用價值高和電池構造材料價廉等。

固體氧化物燃料電池(SOFC)

       固態(tài)氧化物燃料電池是指使用固體氧化物為電解質且在高溫下工作的燃料電池。在所有的燃料電池中，SOFC的工作溫度Z高，通常位于800~1000℃之間。

SOFC基礎電池反應：

SOFC特點：

       ·由于固態(tài)組件，SOFC原則上可以以任何配置構造

       ·沒有液體電解質會消除腐蝕和電解質管理問題

       ·由于工作溫度高于600°C，可以實現(xiàn)內部重整

       ·來自SOFC的高溫（1000℃）廢熱可用于產生用于熱電聯(lián)產目的的蒸汽

       ·高溫有助于實現(xiàn)快速反應動力學，而無需任何貴重材料

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