什么是燃料电池，详解燃料电池的发电原理

燃料电池是一种能量转化装置,它按照电化学原理,即原电池工作原理,等温的把储存在燃料和氧化剂里的化学能直接转化成电能,所以实际上过程是氧化还原反应。在运行时,外部供给电池的氢在燃料极放出电子变成氢离子,氢离子通过电解质后转向空气极,而电子则通过外电路到达空气极。在空气极,由外部供给电池的氧,与氢离子和电子产生反应生成水。电能则由外电路进行输出。燃料电池和普通的干电池都是将化学能转换成电能的装置,但是两者有一个很大的不同点,即封存在干电池中参与化学反应的物质最终会消耗殆尽,反应停止,就不能再输出电能;但是对燃料电池来说,只要能不断地给它提供燃料气体和氧化剂,化学反应就能一直进行下去,从而不停地输出电能。燃料电池研究与开发集中在四大技术方面：（1）电解质膜；（2）电极；（3）燃料；（4）系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池，尤其重视（1）～（3）方面的材料研究与开发，

 

燃料电池中仅次于电解质膜的构件材料便是电极材料，通过它可提取出由甲醇溶液经过分解反应生成的H+（质子）和电子。在电极处的反应，Pt发挥催化作用。反应速度是与Pt粒子的表面成正比，所以力求Pt的粒子直径要小，争取每单位重量有更大的表面积。实践证明，Pt粒子的直径一小下来，会出现多个Pt颗粒凝聚而降低催化能力的问题。NEC公司基础研究所发现碳原子纳米锥状结构（CarbonNano-horn）上可附着2nm直径的Pt颗粒（Pt原子直径为0.3～0.4nm），并且Pt不含凝聚。于是，NEC利用CarbonNano-horn材料作为电极试制出以甲醇为燃料的燃料电池。

 

燃料电池汽车的车用储氢器必须具有较高的单位质量储氢密度。美能源部认为，车用高压储氢的单位质量密度至少应为6%，即每立方米储存60公斤氢气。为了满足汽车480公里续航能力的要求，一次需储氢大约4到7公斤。目前小型汽车的车用储氢方式大多采用高压储氢，工作压力为70兆帕（Mpa）的碳纤维储氢瓶是目前家用汽车的最佳选择，其售价大约为3000美元。研究人员正在致力于开发新的材料和制造工艺，以进一步降低储氢气瓶成本。目前正在进行的另一研究方向是，通过采用高表面积材料研究低压吸附储存氢气。