PEM燃料电池的介绍
质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪声。所以，质子交换膜燃料电池是一种清洁、高效的绿色环保电源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，其性能的好坏，直接影响电池的使用的寿命。
工作原理
在原理上，质子交换膜燃料电池相当于电解水的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和含催化剂涂层的质子交换膜构成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时，相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极，其工作原理如图及视频所示。
氢气直接被输送到负极，氧气直接被输送到正极。氢以分子的形式被输送至负极，在有催化剂的情况下氢气被分解成H＋离子（质子）。通过外电路输送氢原子的电子（e－）产生用于进行工作的电。然后，这些相同的电子被送到正极，通过膜返回的H＋离子在有催化剂的情况下，在正极与氧发生化学反应产生水和热量。
燃料电池堆
单个燃料电池本身没有多少用途，因为它产生的电动势小于1V。运用在汽车上的燃料电池通常是把数百个燃料电池组合在一起做成一个燃料电池堆，如图所示。在这种布置中，燃料电池串联在一起，这样的电池堆的总电压是每个单电池电压的总和。电池堆中的燃料电池是首尾连接，汽车中的燃料电池堆含有约400多个电池。
燃料电池堆的总电压由组成该电池堆的电池数量决定。然而电池堆的产电能力由电极的表面积决定。由于燃料电池堆的输出功率与电压和电流都有关系，所有增加电池数量或者增大电池的表面积都能提高输出功率。根据车辆所需要的输出功率及空间限制有些燃料电池车使用多个电池堆。
甲醇燃料电池
由于采用氢作为燃料电池燃料时，存储氢需要使用的高压汽缸的成本和安全性均不是很理想。因此，另一种改进的PEM燃料电池方法是用液态甲醇替代氢气，如图所示。
制造甲醇最常用的方法是用天然气合成甲醇，甲醇的化学式是CH3OH。它比气态氢的能量密度更高，因为常温下它以液态形式存在，无需使用压缩机或其他高压设备。使用液态燃料取代高压气体给燃料汽车添加燃料，添加过程将更加简单，几乎类似于燃油汽车添加汽油，如图所示。
但是，甲醇本身具有腐蚀性，不能存储在现有的燃油箱中，需要一个专门的装置单独处理和存储甲醇，此外，在甲醇燃料电池中，甲醇穿过膜装置会降低电池的工作性能。直接甲醇燃料电池的结构中也需要大量的催化剂，这些问题导致其成本升高。
所谓“燃料电池”，从原理上讲，和传统的化学电池基本相同，也是通过电化学反应把物质的化学能转变为电能。所不同的是：传统电池的内部物质事先充填好，化学反应结束后，不能再供电；而燃料电池进行化学反应所用的物质是由外部不断充填的，因此，它能够源源不断地发电。这是燃料电池最显著的特征。
燃料电池的基本原理是通过氧化还原反应将化学能转化为电能。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术
燃料电池的工作过程如下：
1、燃料气体在阳极处发生氧化反应，产生带正电荷的氢离子（H+）和电子（e-）。
2、电子通过外部电路流向阴极，产生电流，完成电能转化。
3、氢离子通过电解质层传递至阴极一侧。
4、阴极处的氧气与氢离子在电解质层上发生还原反应，生成水（H2O）。
5、水蒸气从阴极排出，同时可以回收利用。
燃料电池的基本原理是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，而不像传统电池需要通过化学反应来产生电能。燃料电池的反应速率较快，能够提供连续的电能输出。
燃料电池的特点
1、高效能：燃料电池的效率可以达到50%以上，远高于传统的内燃机。
2、环保：燃料电池的主要排放物是水，不会产生二氧化碳等有害气体。
3、可再生能源：燃料电池可以使用氢气、甲烷等多种可再生能源作为燃料，具有较高的灵活性。
4、静音运行：燃料电池的运行过程几乎没有噪音。
燃料电池工作原理：通过电解质使氢氧发生电化学反应，产生电位差，而形成低压直流电输出。
燃料电池由夹在电解质周围的两个电极组成。氢燃料被送入燃料电池的阳极，氧气（或空气）通过阴极进入燃料电池。在阳极处，氢在催化剂的作用下分解成氢离子和电子。
氢离子通过电解质扩散到阴极，电子则由外部电路流向正极，从而形成电流。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。氢氧燃料电池直接将燃烧的化学能转化为电能，因此其具有效率高、污染小、噪音低的特点。
燃料电池的主要构成组件为：电极（Electrode）、电解质隔膜（Electrolyte Membrane）与集电器（Current Collector）等。
常见的几种燃料电池
1、SOFC：固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置，具有一般燃料电池的结构。
2、RFC：氢燃料电池以氢气为燃料，与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。氢和氧反应生成水，不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物，无污染，发电效益高。
3、DMFC：直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池（DMFC）。膜电极主要由甲醇阳极、氧气阴极和质子交换膜（PEM）构成。
以上内容参考：百度百科-燃料电池
燃料电池的工作原理是，作为反应物的原燃料，天然气、石油、甲醇等，经过“燃料改质装置”分离出氢后，进入电池本体，另一端的空气中氧也进入电池本体，分别供给电池的电极，通过电解质使氢氧发生电化学反应，产生电位差，而形成低压直流电输出。
1、燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。
2、燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。
3、不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。
4、燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
燃料电池的工作原理是将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
基本介绍
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。燃料电池理论上可在接近100%的热效率下运行，具有很高的经济性。目前实际运行的各种燃料电池，由于种种技术因素的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45%～60%范围内，如考虑排热利用可达80%以上。
此外，燃料电池装置不含或含有很少的运动部件，工作可靠，较少需要维修，且比传统发电机组安静。另外等温的按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且反应清洁、完全，很少产生有害物质，正在成为理想的能源利用方式。
同时，随着燃料电池技术不断成熟，以及西气东输工程提供了充足天然气源，所有这一切都使得燃料电池被视作是一种很有发展前途的能源动力装置，燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。
原理及组成结构
燃料电池是一种能量转化装置，其组成与一般电池相同，它是按电化学原理，即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池，氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。电极应为：
负极：H2+2OH-→2H2O+2e-；正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-；电池反应：H2+1/2O2==H2O
燃料电池主要由三部分组成，即电极、电解质隔膜和外部电路（集电器）。
燃料电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理，即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子，电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。
同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外，也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时，阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构，以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路，电解质通常为致密结构。
扩展资料：
优点
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。
发电效率高
燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上,它的发电效率可达到85% ～90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%～ 60%。若实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。
环境污染小
燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。另外,由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫,而且按电化学原理发电,没有高温燃烧过程,因此几乎不排放氮和硫的氧化物,减轻了对大气的污染。
比能量高
液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。目前,燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%,但仍比一般电池的实际比能量高很多。
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