目的及意义

燃料电池(Fuel cell)是通过燃料(氢气)和氧化物的电化学反应,将燃料的化学能直接转换为电能的高效发电装置。质子交换膜燃料电池(PEM-FC)因低噪音、零污染、无腐蚀、长寿命和占地相对较少等优点,而成为21世纪最有前途的“绿色能源”燃料电池作为第四种发电方式的装置，与其他几种发电方式比较起来，燃料电池有以下几个主要优点：

（1）燃料电池是通过燃料与氧化剂的化学反应直接将化学能转变成电能，没有中间的能量转化环节，因而这种发电方式能量转化效率可高达50％。还可回收发电过程中产生的余热。若把产生的余热再用于发电或供暖、供水等，综合考虑效率能达到80％。

（2）燃料电池发电过程，机械部件很少，噪声低；化学反应的排出物主要是水蒸气等洁净的气体，不会污染环境。在环境污染日趋严重的今天，燃料电池的这个优点尤其可贵。

（3）燃料电池中所使用的燃料，既可是天然气、煤气和液化燃料，也可以是甲醇、沼气乃至木柴。可根据不同地区的具体情况，选用不同的燃料用于燃料电池的发电系统，这可广开燃料来源途径，缓解能源紧张。

（4）燃料电池从中断运转到再启动，输电能力回升速度快，并可在短时间内增加和减少电力输出。因此将这种发电系统与其他输电网连接使用最为有利，可随时补充电网在用电高峰时所需的部分电能。

（5）燃料电池本身为一个“组合体”，所用部件可事先在工厂生产，然后组装；它的体积小，拆装都很方便，这可节省建电站的时间。

当今时代，环境保护已成为人类社会可持续发展战略的核心，既有较高能源利用效率又不污染环境的新能源是能源发展的方向。氢是一种理想的能量载体，是完全符合人们期待的新能源之一。氢能利用的一个重要方面就是燃料电池，它将氢和空气中的氧反应转换为电能，其最大特点是反应产物为纯净水，而且噪声也很小，对环境没有污染。因此燃料电池及其电源系统的研究对减少环境污染和减小温室效应具有重要的意义。

近20年以来，燃料电池这种高效、洁净的能量转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。目前，燃料电池汽车、电站及便携式电源等均处于示范阶段，在商业化道路上还需要解决成本、寿命等一些瓶颈问题。成本和寿命是相互联系的，同时满足两者需求是实现民用燃料电池应用所面临的主要挑战。航天飞机、潜艇动力用燃料电池目前国际上均已应用，在只侧重寿命、可靠性的特殊领域，现有燃料电池技术是可以满足应用需求的。因此，据不同的应用背景采用不同的技术路线，是制定燃料电池技术发展战略的重要基础。

燃料电池的研究现状及趋势

碱性燃料电池(AFC) 是最早开发的燃料电池技术,在20世纪60年代就成功的应用于航天飞行领域。磷酸型燃料电池(PAFC) 也是第一代燃料电池技术，目前最为成熟的应用技术，经进入了商业化应用和批量生产。由于其成本太高,目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。熔融碳酸型燃料电池(MCFC) 是第二代燃料电池技术,主要应用于设备发电。固体氧化物燃料电池(SOFC) 以其全固态结构、更高的能量效率和对煤气、天然气、混合气体等多种燃料气体广泛适应性等突出特点,发展最快,应用广泛, 成为第三代燃料电池。前正在开发的商用燃料电池还有质子交换膜燃料电池(PEMFC)。它具有较高的能量效率和能量密度,体积重量小,冷启动时间短,运行安全可靠。另外,由于使用的电解质膜为固态,可避免电解质腐蚀。燃料电池技术的研究与开发已取得了重大进展,技术逐渐成熟,并在一定程度上实现了商业化。作为21世纪的高科技产品,燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业，受各国政府的重视。