燃料电池的新进展

【摘要】由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行和

潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再
生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重
视。

早在

1839 年，英国人 W.Grove 就提出了氢和氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧

燃料电池

(FC)。但直到 20 世纪 60 年代初，由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的

小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护
的突出，要求开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染
小等优点而受到世界各国的普遍重视。美国矿物能源部长助理克

.西格尔说：“燃料电池技术

在

21 世纪上半叶在技术上的冲击影响，会类似于 20 世纪上半叶内燃机所起的作用。”福特

汽车公司主管

PNGV 经理鲍伯.默尔称，燃料电池必会给汽车动力带来一场革命，燃料电池

是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。预期
燃料电池会在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥重要作用。美国

Arthur D.Little 公

司最新估计，

2000 年燃料电池在能源系统市场将提供 1 500～2 000MW 动力，价值超过 30

亿美元，车辆市场将超过

20 亿美元；2007 年燃料电池在运输方面的商业价值将达到 90 亿

美元。

燃料电池的工作原理和分类、特点和优势

　　燃料电池发生电化学反应的实质是氢气的燃烧反应。它与一般电不同之处在于燃料电池
的正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料

(氢或通过甲烷、天然气、煤

气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取

)和氧(或空气)不断由外界输入，因此燃

料电池是名符其实的把化学能转化为电能的装置。以熔融碳酸盐型燃料电池为例，图

1 为燃

料电池的结构示意图。

图

1　熔融碳酸盐燃料电池单

电池结构示意图

　　在燃料电池电极上反应如
下：
　　阳极反应：

H2+CO32-＝

H2O+CO2+2e-
　　阴极反应：

1/2O2+CO2+2e-＝CO32-

　　总反应：

1/2O2+H2＝H2O

　　燃料电池多种分类。按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型。按电解质种类又可分为
磷酸盐型燃料电池

(PAFC)--第一代 FC；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)--第二代 FC；固体

氧化物型燃料电池

(SOFC)--第三代 FC。表 1 列出了几种主要类型燃料电池的燃料、电解质、

电极和工作温度等基本特点。