传统能源利用方式主要有哪两大弊端呢？燃料电池的主要特性讲解

燃料电池（Fuel Cell）最早可追溯到1839年英国William Grove进行的水逆电解反应时所发明的技术，至于其真正的实用化，则直到20世纪60年代才实际应用在航天及太空上。到20世纪80年代，在环保、节能等全球议题带动下，美国、日本、加拿大、韩国及西欧各国等数百家公司及研究机构积极投入，燃料电池开始进入民用市场，到20世纪90年代后期燃料电池技术新专利不断产生。近年，在低碳经济的全球背景下，燃料电池研发和商业化进程有加快趋势。

燃料电池定义

燃料电池的工作原理

当今能以工业规模生产的电力有火电、水电、核电等三种。而被誉为第四种电力的燃料电池发电，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。 燃料电池的工作原理 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给活物质（起反应的物质）--燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。

具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机”。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。

工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种“发电机”。它通过氢和氧的化学反应产生电能和热能。因为是通过化学反应而产生电能，所以称为“电池”，实际是一种发电装置。

燃料电池的优势

1，洁净、安全的发电装置从发电厂、工厂，以及汽车等排出的大量各种物质是造成大气污染和地球温暖化的主要原因。而燃料电池可以替代这些正在使用的锅炉和内燃机等。
2，多燃料系统在地球上，氢绝大多数是以化合物的形式存在。比如：氢氧化合物（水）和碳氢化合物。可以作为燃料电池原料使用的碳氢化合物主要来源于天然气、液化气、石油和煤炭等化石燃料。可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料。
3，高效率的发电装置                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             4，分散型的发电装置规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以建在大城市的近郊。规模稍小的可以建在住宅小区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减少因长距离输送电力而产生的损耗。面向个人用途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动便携电话的电源。可组成电能和热能同时利用的“发电及余热利用系统”

由于燃料电池的规模小而更容易利用发电时排出的热量，组成发电及余热利用系统。由于排出的热量能够有效的用于空调和水的加热等，所以进一步提高了能源的综合利用效率。现在一直被使用的单纯发电系统，能源效率只有30%~40%。而由燃料电池组成的热电并用系统，可以将能源利用效率提高到70%~80%以上。

燃料电池的类型

碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。
磷酸燃料电池（PAFC）——采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。

熔融碳酸燃料电池（MCFC）固态氧燃料电池（SOFC）——采用固态电解质燃料电池是一种在等温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效率（37~70%）地转换成化学能的电源产品；由于所使用的主要是氢气、醇类等燃料，且转动的组件极少，具有对环境负荷小（低污染）、低噪音的特点，故其不仅适合用于中央电厂和区域分散电厂发电，亦可作为交通运输工具（例如电动汽车、电动机车及电动自行车等）的动力电源，近年来，在国际领先企业的积极投入研发推动下，具有成为便携式电子产品下一代动力电池的潜力。

燃料电池的主要特性

传统能源利用方式主要有两大弊病：一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率一半以上被浪费；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。

多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式，而燃料电池就是比较理想的发电技术。燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等众多学科相关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。

燃料电池发展瓶颈

燃料电池与其他动力相比虽然有许多优点，但是也面临成本过大、造价偏高的问题。例如车用质子交换膜燃料电池成本中贵金属催化剂约占40%，质子交换膜约占35%，这两者的造价都很昂贵。另外，燃料电池的启动速度与内燃机引擎还有差距，燃料电池的反应性和稳定性二者存在不可兼得的矛盾。同时燃料电池的碳氢燃料目前还无法直接利用，除甲烷外均须经转化器处理产生纯氢才可以应用。此外，储氢技术的制约和加氢充气站基础建设的不足也极大地制约了燃料电池的推广。

总而言之，燃料电池在以下几个方面有待突破。

燃料电池使用成本：

（1）燃料电池使用贵金属铂作为催化，且铂极易因一氧化碳中毒丧失活性；

（2）氢气制取成本高，每公斤氢气价格为汽油的数倍，储运难度大，氢气储运成本高；

（3）燃料电池的稳定性、寿命、复杂路况下的性能衰减，维护费用较高。

加氢网络：氢气常温常压下是易燃易爆的气体，且很难液化。气体状态下，能量密度低（680 个大气压下的氢气气体，能量密度仅为一加仑汽油液体的14%）。氢能基础设施落后，短时间内难以组成一个像加油站一样的网络。