氢能与质子交换膜燃料电池

1 序言    

为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。氢能
因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段，
已被美国《时代》周刊评为

 21 世纪有重要影响的十大技术之一。

2 氢燃料电池工作原理

    燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由 3 部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图

 

1[3]。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来
加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。

    以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其工作原理如下：

(1) 氢气通过管道或导气板到达阳极；

(2) 在阳极催化剂的作用下，1 个氢分子解离为 2 个氢质子，并释放出 2 个

电子

，阳极反应

为：

     H2→2H++2e。

(3) 在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下 ，
氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：

1/2O2+2H+

+2e→H2O

    总的化学反应为：H2+1/2O2＝H2O