燃料电池优势有哪些？详解燃料电池的产生与原理
来源：宝鄂实业
2019-05-11 10:49
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燃料电池目前已经在多个领域都进行了应用尝试，虽然说法上是一种“新型电池”，其实它的出现并不新，早在1839年，英国物理学家威廉·格罗夫就制作了世界上第一个燃料电池。上世纪60年代，燃料电池就在太空探索领域发挥了一定作用。
虽名为“燃料电池”，但其产生电量的方式并不是像内燃机一样使燃料燃烧产生能量，而是在电池内部让燃料与氧或其他催化剂进行氧化还原反应，从而把燃料的化学能转化为电能。其中最常见的燃料为氢，除了氢以外，一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时也会作燃料使用。
虽然燃料不同，但大部分燃料电池的工作原理和工作模式都差不多。
燃料电池内部主要由三个相邻区段组成：阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的界面之间。用初中生的化学语言来简单描述燃料电池的工作原理，就是消耗燃料与氧发生反应，最终产生水、二氧化碳等以及电能。
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燃料电池原理图
在阳极上，通常需要用催化剂将燃料氧化，使燃料变成一个正电荷的离子和一个负电荷的电子。然后通过经特殊处理的电解质溶液或特殊的膜将电子和离子隔离，让离子通过电解质，阻隔电子，接着让被释放的电子穿过一条电线，因而产生电流。离子通过电解液前往阴极。一旦达到阴极，离子与电子团聚，并且与氧气反应，从而产生水或二氧化碳。
▌燃料电池的分类和应用
目前主流的燃料电池按电解质种类可分为主要为以下五种：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）。除此外还有一些类似于再生氢氧燃料电池(RFC)、直接醇类燃料电池（DMFC）等不常见的燃料电池。
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燃料电池大致分类
根据业内人士介绍，现在市面上最有发展前景的两种就是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。目前应用最多的就是质子交换膜的电池，这种电池需要石墨烯作为介质膜，然后用经过纳米技术处理的铂金等贵金属做催化剂，从而制成一个反应片，每个反应片能够产生0.7~0.9V的电压，如果想使用大功率，只需把反应片组合起来变成一个增压后的氢燃料电堆即可。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作温度为100℃以内，功率输出比较低，最适合用于消费级的电池需求，从电动汽车、无人机甚至于电脑、手机等，都可能实现使用质子膜燃料电池来进行供电。
此外，很多业内人士也重点提到了熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），因为MCFC结构比较复杂，因为它们的运行温度高导致启动时间缓慢，这使MCFC系统不适合移动应用，比较合适定位于固定式燃料电池，由于其功率输出也很高，所以更适合作为发电系统来使用。
▌燃料电池的优劣势
优势
氢燃料电池优势十分突出，这也就是为什么很多从业者对其未来的发展持乐观态度：
氢燃料电池可以不间断的提供稳定电力，直至燃料耗尽，并且在燃料耗尽之后，能够快速补充燃料，再次进行供电，能有效提升作业的效率。
相对锂电池来说，氢燃料电池更能适应环境，在环境温度非常低的情况下不会出现锂电池那种断电的情况。
寿命长，一般氢燃料电池都比锂电池的使用寿命长几十倍。
氢燃料电池非常的环保，其消耗氢燃料产生的排放物只是水或二氧化碳等物质，并且待电池报废后，其中的膜和催化剂等材料都是可回收再利用的。
劣势
虽然有强于其他动力源的很多优势，但氢燃料电池的劣势也非常明显：
成本太高。据业内人士介绍，制作质子膜电池中膜的材料为石墨烯，目前市面上石墨烯的成本要近1000美金1克，另外催化剂需要用一些稀有的贵金属，这些金属本身的价值高昂不说，还需要做纳米技术处理，这就更加提升了成本。
氢燃料源不易取得，目前加氢站的发展还处于萌芽阶段，虽然现在市面上也有很多能够买到氢气的渠道，但是往氢燃料电池中加料需要一种特殊的加压设备，这种设备也并不是很普及。
另外，燃料的运送需要的标准也很高，不便于消费者移动和携带。
氢燃料电池的安全性也饱受业内人士质疑，由于氢的易燃易爆性，加之氢燃料电池工作是会产生的温度也过高，更增加了其发生事故的几率。
综合来看，目前氢燃料电池的发展并不是很成熟，记者咨询了很多无人机的从业者，虽然其中很多人都承认氢燃料电池是趋势，但就目前来说，他们对其还是报一定的悲观态度，认为还不适合作为无人机的动力。当然也不乏一些对氢燃料电池信心十足的从业者觉得，氢燃料电池的缺点瑕不掩瑜，很快就能发展成熟。
