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质子交换膜燃料电池

  质子交换膜燃料电池(PEMFC)在原理上相当于水电解的“逆”装置。质子交换膜燃料电池高效、环保等优点突出,世界各发达国家和各大公司高度重视,投巨资发展这一技术。
 
 
  燃料电池不同于常见的二次电池,准确地说是一个大的发电系统而不是“电池”。其主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,将燃料中的化学能转换成电能的电池。目前最常见的燃料为氢,一些碳氢化合物例如天然气、醇、和甲烷等有时亦会作燃料使用。氢燃料电池是目前现阶段燃料电池研究的核心,能达到实用级别的燃料电池技术主要有质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池两种。碱性燃料电池(AFC)是第一种实用级的燃料电池技术,由美国航空航天局(NASA)使用在航天飞机上。其反应催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属镍、钴、锰等。因价格昂贵,商业应用数量及其有限,逐渐被市场所淘汰。
 
 
  质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,英文简称PEMFC)在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成,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。工作时相当于一直流电源,其阳极即电源负极,阴极为电源正极。两电极的反应分别为:阳极(负极):2H2-4e=4H+;阴极(正极):O2+4e+4H+=2H2O。质子交换膜燃料电池具有如下优点:其发电过程不涉及氢氧燃烧,因而不受卡诺循环的限制,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,工作时也没有噪音。所以,质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。
 
 
  质子交换膜燃料电池优点突出,此外其寿命长、运行平稳等特点被业界公认为未来汽车的最佳能源。世界各发达国家和各大公司也高度重视,投巨资发展这一技术。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一;加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展;美国三大汽车公司(GM,Ford ,Chryster)、德国的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。至今全球已有数百台以PEMFC为动力的汽车在国内外示范运行。据报道目前最接近量产的燃料电池车型,丰田的FCV,预计2015年3月将在日本上市,同年夏天进入欧洲市场。