质子交换膜燃料电池性能影响的分析

摘要：质子交换膜燃料电池（

PEMFC） 由于结构及工作原理的特点，在发生电化学反应过

程中不产生任何污染气体，被世界认为最环保能源。本文通过对燃料电池内部结构具体分析，
详细的测试了不同紧固作用的改变对

PEMFC 工作性能的影响。

　　质子交换膜燃料电池主要应用氢气作为原料，将氧化剂中的化学能转化为电能的一种
发电装置。它的发电原理与普通的化学电池发电原理基本相同：都是利用正负极板上的电子
的移动完成燃料的氧化还原反应。氧化过程发生在正极也就是阳极，还原过程发生在负极也
就是阴极。相对于内燃机而言质子交换膜燃料电池，它的工作特点是直接将化学能转化为电
能，因此效率更高。又因为它是以氢气为燃料，最后作用的产生物是水，没有生成任何有害
气体释放到空气中，是我们所需要的环保新能源。并且它的输出功率更高，无需充电。正是
因为它具有这么突出的优点，所以燃料电池技术被认为是

21 世纪首选的洁净、高效的发电

技术，被世界认为是最有发展前途的新能源。
　　一、燃料电池的原理
　　质子交换膜燃料电池主要由阳极流场板，膜电极和阴极流场板组成，其中膜电极又包
含扩散层、催化层和质子交换膜。
　　在工作时质子交换膜燃料电池系统就相当于一个直流电源，直流电源的负极相当于燃
料电池的阳极，正极相当于燃料电池的阴极。
　　首先氢气通过质子交换膜到达阳极，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：阳极（ 负极）：2H2-4e- → 4H+.

　　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：

 阴极（

 

正极）：

O2+4H++4e- → 2H2O 总反应式： 2H2+1/2 O2 → H2O + 电能电子在外电路形成直

流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负
载连续地输出电能。