燃料電池按電解質(zhì)可分為五類(lèi)：

1.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）
2.熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）
3.堿性燃料電池（AFC）
4.固體氧化物燃料電池（SOFC）
5.磷酸燃料電池（PAFC）。

      其中PEMFC在日常應(yīng)用中具有良好的應(yīng)用前景，盡管燃料電池的類(lèi)型很多，但它們的基本原理相似。它可以包含一個(gè)陽(yáng)極，一個(gè)陰極以及將陰極與陽(yáng)極連接的電解質(zhì)。由于電化學(xué)反應(yīng)不涉及燃燒放熱，因此燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率不受卡諾循環(huán)的限制。因此，其能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到50％以上。燃料電池具有高效率，低噪音，大功率范圍和燃料來(lái)源豐富的優(yōu)點(diǎn)。因此，它們具有良好的應(yīng)用前景。

燃料電池的歷史

在Umberto Lucia的文章（2014年）中，介紹了燃料電池的歷史。燃料電池已經(jīng)存在了大約兩個(gè)世紀(jì)。1801年，英國(guó)的Humphry Davy（1778-1829）建立了燃料電池的基礎(chǔ)，他的研究重點(diǎn)是電解金屬化合物。1838年，大約40年后，德國(guó)化學(xué)家Christian FriedrichSch?nbein發(fā)現(xiàn)了燃料電池的原理。一年后，英國(guó)格羅夫（British Grove）發(fā)明了第一臺(tái)氣體燃料電池，它利用氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)發(fā)電。對(duì)于誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了燃料電池的原理，JM Andu′ jar和F. Segurahold在他們的文章中有不同的看法。他們認(rèn)為格魯夫可能是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)燃料電池原理并成功生產(chǎn)它的人。

2H2(g)+O2(g)→2H2O(I)+energy

（燃料電池的基本原理）

一百多年后，實(shí)用的燃料電池出現(xiàn)了.1959年，弗朗西斯·托馬斯·培根（Francis Thomas Bacon）發(fā)明了一種使用燃料電池的拖拉機(jī)。1008燃料電池為拖拉機(jī)提供約15kw的能量。在隨后的阿波羅飛行任務(wù)中也使用了燃料電池。1970年以后，燃料電池技術(shù)迅速發(fā)展，汽車(chē)中燃料電池的使用引起了越來(lái)越多的關(guān)注。自21世紀(jì)以來(lái)，許多制造商將目光投向了燃料電池。燃料電池在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。大型汽車(chē)公司也推出了他們的不同燃料電池汽車(chē)。

       經(jīng)過(guò)兩個(gè)世紀(jì)的技術(shù)積累，燃料電池技術(shù)變得越來(lái)越成熟。人們相信燃料電池可能會(huì)成為未來(lái)氫經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。它將為人類(lèi)提供清潔高效的能源供應(yīng)。

燃料電池的分類(lèi)

燃料電池是一種能量和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可將燃料和氧化劑的化學(xué)能連續(xù)轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為五大類(lèi)。

#質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

PEMFC的主要成分是雙極板，電極，催化劑和膜。
陽(yáng)極反應(yīng)：H₂→2H⁺+2e^–


陰極反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^–→2H₂O

PEMFC使用固體電解質(zhì)（聚合物離子交換膜）。它屬于低溫燃料電池，工作溫度通常為40至80°C。它的響應(yīng)時(shí)間非常短（<5s），因此可以在很短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)。該特性使其比其他燃料電池更適用于汽車(chē)。PEMFC也是使用最廣泛的燃料電池，被認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后具有巨大能量革命性的新一代能源動(dòng)力系統(tǒng)。這也將是本研究的主題。

#熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）

MCFC使用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)。


陽(yáng)極反應(yīng)：H₂+CO₃²→H₂O+CO₂+2^e-
              
CO+CO₃^2-→2CO₂+2^e-


陰極反應(yīng)：O₂+CO₂→4^e-→2CO₃^2-

MCFC的工作溫度約為650°C，響應(yīng)時(shí)間通常大于10分鐘。

#堿性燃料電池（AFC）

AFC的電解質(zhì)可以是氫氧化鉀。
陽(yáng)極反應(yīng)：H₂+2OH^–→2H₂O+2^e-


陰極反應(yīng)：0₂+2H₂O+4^e-→4OH

AFC的工作溫度為65-220°C，需要幾分鐘的時(shí)間才能啟動(dòng)，阿波羅號(hào)飛船上使用的燃料電池就是它，AFC的功率轉(zhuǎn)換效率是所有燃料電池中最高的。

#固體氧化物燃料電池（SOFC）

SOFC的電解質(zhì)可以是固體氧化物或陶瓷。


陽(yáng)極反應(yīng)：H₂+O^2-→H₂O+2^e-
                 CO+O^2-→CO₂+2^e-
  CH₄+4O^2-→2H₂O+CO₂+8^e-       


陰極反應(yīng)：O₂+4^e-→2O^2-

  SOFC的工作溫度是數(shù)個(gè)燃料電池中最高的，可能達(dá)到1000°C。盡管較高的工作溫度使啟動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)（> 10分鐘），但也消除了對(duì)昂貴的鉑催化劑的需求。燃料來(lái)源也更廣泛。其效率可能已經(jīng)達(dá)到60％

#磷酸燃料電池（PAFC）

液態(tài)磷酸可能是PAFC的電解質(zhì)。
陽(yáng)極反應(yīng)：H₂→2H+2^e-


陰極反應(yīng)：0₂+4H⁺+4^e-→2H₂O

PAFC的反應(yīng)過(guò)程類(lèi)似于PEMFC。它的工作溫度約為200°C。PAFC的啟動(dòng)時(shí)間為幾分鐘。與AFC和PEMFC相比，所需的貴金屬催化劑的數(shù)量大大減少了。世界上大功率的實(shí)用燃料電池電站都使用這種類(lèi)型燃料電池。