1燃料動(dòng)力電池

燃料動(dòng)力電池是一種不斷輸入燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置[4]，燃料通常為甲醇、乙醇、純氫氣、天然氣及汽油等。

離子交換膜燃料動(dòng)力電池中，以氫氧為燃料的電池最常見，通過特殊催化劑使燃料與氧發(fā)生反應(yīng)出現(xiàn)二氧化碳和水。這一過程的燃料廉價(jià)，化學(xué)反應(yīng)不存在危險(xiǎn)，二氧化碳排放量比一般方法低很多，生成的產(chǎn)物水無害，是一種低污染性的能源[5]，這是現(xiàn)今其他動(dòng)力來源望塵莫及的。目前，計(jì)算機(jī)和汽車公司開始著力于開發(fā)燃料動(dòng)力電池以替代傳統(tǒng)的電池電源，汽車領(lǐng)域中燃料動(dòng)力電池的應(yīng)用，已成為能源發(fā)展的必然趨勢

作為一種能量轉(zhuǎn)化裝置，燃料動(dòng)力電池是按照原電池工作原理，直接將燃料和氧化劑中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)實(shí)質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，工作原理如圖1所示。

燃料動(dòng)力電池重要由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路4部分組成，其陽極和陰極分別通入燃料氣和氧氣（空氣），陽極上燃料氣放出電子，外電路傳導(dǎo)電子到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子，在電場用途下，離子通過電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陽極上再與燃料氣進(jìn)行反應(yīng)，最后形成回路出現(xiàn)電。與此同時(shí)，因?yàn)槿剂献陨淼姆磻?yīng)及電池存在的內(nèi)阻，燃料動(dòng)力電池也要排出一定的熱量，以保持電池恒定的工作溫度。從外表上看像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能「儲(chǔ)電」而是一個(gè)「發(fā)電廠」。

其中，陰陽極不僅可以傳導(dǎo)電子，還能作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。為便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物的排出，兩極往往采用多孔結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)則重要起到傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的用途，一般情況下為致密結(jié)構(gòu)。

燃料動(dòng)力電池作為一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，僅僅是將存儲(chǔ)于燃料物質(zhì)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能[7]。從原則上講，只要接連不斷地供給化學(xué)燃料，燃料動(dòng)力電池就可以持續(xù)不斷的發(fā)電，這是繼核電、水力、火力之后的第4代發(fā)電技術(shù)。

燃料動(dòng)力電池成為國內(nèi)外公司的關(guān)注熱點(diǎn)，這重要是源于它自身的優(yōu)點(diǎn)：

能量轉(zhuǎn)化效率高；

燃料選擇范圍廣；

清潔、污染少；

噪聲低；

比能量高、可靠性強(qiáng)；

負(fù)荷響應(yīng)快，具有超強(qiáng)的適用能力。

盡管燃料動(dòng)力電池?fù)碛腥绱硕辔说膬?yōu)勢，可它在運(yùn)行推廣過程中仍然有一些不足，重要存在的問題是[9]：

成本較高；

功率密度仍需提高；

燃料的存儲(chǔ)；

關(guān)于環(huán)境毒性比較敏感；

有限的工作溫度兼容性。

目前，應(yīng)用得較多是質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池和堿性燃料動(dòng)力電池。質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池（PEMFC）是近些年快速發(fā)展起來的新一代燃料動(dòng)力電池，具有較高的能量效率和能量密度、體積重量小、啟動(dòng)速度最快、運(yùn)行安全可靠、應(yīng)用最為廣泛等優(yōu)點(diǎn)，特別是在汽車方面應(yīng)用較為深廣，PEMFC是正在開發(fā)的商用燃料動(dòng)力電池。