燃料電池是將所供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過連續(xù)供給燃料從而能連續(xù)獲得電力的發(fā)電裝置。由于其具有發(fā)電效率高，適應(yīng)多種燃料和環(huán)境特性好等優(yōu)點，近年來已在積極地進行開發(fā)。

 

　　依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。

 

　　燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，潔凈、無污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、積木性強、比功率高，既可以集中供電，也適合分散供電。

 

　　基本結(jié)構(gòu)與工作原理：

 

　�。�1）燃料電池

 

　　燃料電池從本質(zhì)上說是一種電化學(xué)裝置，其基本組成與一般電池相同。

 

　　為實現(xiàn)較大功率的輸出，燃料電池通常由若干“單體電池”組成。與普通電池類似，單體燃料電池是由正負兩個電極（負極即燃料電極，正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。

 

　　不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。

 

　　下面以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池的基本工作原理。

 

　　電觧水的逆過程。電極應(yīng)為：

 

　　負極： H2 + 2OH- →2H2O + 2e-

 

　　正極： 1/2O2 + H2O + 2e- →2OH-

 

　　電池反應(yīng)：H2 + 1/2O2==H2O

 

　　另外，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

 

　　燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。

 

　　在實用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子（H+）相關(guān)，發(fā)生的反應(yīng)為：

 

　　燃料極：H2 =2H+ + 2e- （1）

 

　　空氣極：2H+ + 1/2O2 +2e-= H2O （2）

 

　　全體：H2+1/2O2 = H2O （3）

 

　　在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2 分解成H+ 和e- ，H+ 移動到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。e- 經(jīng)由外部的負荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了e- 不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。并且從上式中的反應(yīng)式（3）可以看出，由H2 和O2 生成的H2O ，除此以外沒有其他的反應(yīng)，H2 所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實際上，參與電化學(xué)反應(yīng)的電極存在一定的電阻，電流通過時會引起了部分熱能產(chǎn)生，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例。

 

　�。�2）燃料電池電動車的系統(tǒng)組成

 

　　組成燃料電池電動車的動力系統(tǒng)有三個關(guān)鍵零組件，即

 

　�、僦亟M器（reformer）：將甲醇、汽油等液體燃料重組為富氫氣（hydrogen-rich）氣體燃料，提供予燃料電池反應(yīng)。

 

　�、谌剂想姵兀╢uel cell stack）：燃料電池是燃料電池電動車的動力源，其提供氫氣與空氣中的氧氣反應(yīng)并產(chǎn)生電流與電壓，同時產(chǎn)生廢熱（水）等副產(chǎn)物。

 

　�、垭娏�轉(zhuǎn)換器（inverter/converter）：將燃料電池產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為直流電或交流電，或具備升壓或降壓以調(diào)整電力輸出。