质子交换膜燃料电池简介

质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电过程无污染，发电单元模块化，可靠性高，组装维护方便，工作时无噪音。因此，质子交换膜燃料电池是一种清洁高效的绿色电源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和运输提供通道，使质子从阳极通过膜到达阴极，与外电路的电子转移形成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，其性能直接影响到电池的使用寿命。

操作原理

原则上，质子交换膜燃料电池相当于电解水的“反向”装置。它的单电池由阳极、阴极和带有催化剂涂层的质子交换膜组成。阳极是氢燃料被氧化的地方，阴极是氧化剂被还原的地方。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。工作时相当于一个DC电源，阳极为负电源，阴极为正电源。其工作原理如图和视频所示。

氢被直接输送到负电极，氧被直接输送到正电极。氢以分子的形式被输送到负电极，并在催化剂的存在下被分解成H+离子(质子)。通过外部电路传输的氢原子的电子(e-)产生用于工作的电。然后，这些相同的电子被送到正极，通过膜返回的H+离子在催化剂的存在下在正极与氧发生化学反应，产生水和热。

燃料电池堆

单个燃料电池本身用处不大，因为它产生的电动势小于1V。汽车上使用的燃料电池通常由数百个燃料电池组合成一个燃料电池堆，如图所示。在这种布置中，燃料电池串联连接，并且这种电池堆的总电压是每个单个电池的电压之和。电池组中的燃料电池首尾相连，汽车中的燃料电池组包含大约400个电池。

燃料电池堆的总电压由组成电池堆的电池数量决定。然而，电池组的发电能力由电极的表面积决定。因为燃料电池堆的输出功率与电压和电流有关，所以增加电池数量或增加电池表面积都可以提高输出功率。一些燃料电池车辆根据车辆所需的输出功率和空间限制使用多个电池组。

甲醇燃料电池

当氢用作燃料电池的燃料时，储存氢所需的高压气瓶的成本和安全性都不理想。因此，另一种改进的PEM燃料电池方法是用液体甲醇代替氢气，如图所示。

制造甲醇最常见的方法是用天然气合成甲醇，甲醇的化学式是CH3OH。它比气态氢具有更高的能量密度，因为它在室温下以液态形式存在，不需要使用压缩机或其他高压设备。用液体燃料代替高压气体给燃油车加燃料会更简单，几乎类似于给燃油车加汽油，如图。

但是，甲醇本身具有腐蚀性，不能储存在现有的燃料箱中，因此需要一种特殊的装置来单独处理和储存甲醇。此外，在甲醇燃料电池中，甲醇通过膜装置会降低电池的工作性能。直接甲醇燃料电池的结构中还需要大量的催化剂，导致其成本增加。