三、燃料电池的类型
按照工作温度的不同： 低温型（低于200℃）、中温型（200~750℃）和高温型 （大于750℃）
按燃料来源： 直接式、间接式、再生型
按照电解质： 碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳 酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及 质子交换膜燃料电池（PEMFC）
（3）过载能力强。燃料电池的短时过载能力可达2倍的额定功率或更 大，而内燃机没有这样强的过载能力，燃料电池的这个特点特别适 合汽车的短时加速的特性。
（4）振动与噪声小。燃料电池属于静态能量转换装置，无运动部件， 因此在运行过程中噪声和振动很小。
（5）易于实现模块化。燃料电池容易通过串联、并联等模块化组合， 提高输出功率。
第6章 燃料电池汽车
燃料电池概述 氢的制取与存储 质子交换膜燃料电池 燃料电池汽车结构与类型 燃料电池汽车的氢安全
第1节 概述
一、燃料电池的概念
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通 过电极反应转化为电能的发电装置。
燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（如氧气）分别作 为电池两极的活性物质保存在电池本体外，在使用时 将它们通入电池体内。
要用贵重金属铂作催化剂，燃料气体中的CO会使铂中毒。 比能量高达200Wh/kg，单体电池电压1V，有利于降低电动汽车 的整备质量和使用费用。采用固体电解质，没有腐蚀，安全耐用，。 在常温下容易快速起动和关闭。
直接甲醇燃料电池DMFC
使用铂或铂合金作为催化剂，电解质采用酸性硫酸基三氟甲烷 或质子交换膜。 燃料电极（负极） CH 3OH H2O CO 2 6H 6e
磷酸燃料电池在180-220°C工作时，性能稳定，能自行排水。 能耐受CO，不能耐受S，余热可以用于电池内部加压和重整。
用铂作为催化剂，成本高。氧电极极化大，消耗大，对燃料气 体的质量要求高。
熔态碳酸盐燃料电池MCFC
以Li2CO3和K2CO3混合物为电解质。在燃料电极处采用多 孔镍为催化剂，在氧电极处采用掺锂和氧化镍为催化剂。化学 反应温度为600-700°C 。
氧电极（正极） O2 4H 4e 2H2O
甲醇来源丰富，成本低，易储存运输。工作温度为50-100°C，预 期寿命10000h，但功率密度低，只有0.04-0.23W/cm2。技术还不成 熟。
MCFC和SOFC工作温度过高，难于在电动汽车上应用,DMFC 技术还不成熟，功率密度太低。
PAFC、AFC和PEMFC可在电动汽车上应用。
PEMFC功率密度高、使用寿命长、工作温度低、预期成本低， 比AFC优越。
第2节 氢的制取与存储
一、氢的取
1. 化石燃料制氢 ✓ 天然气制氢 ：天然气蒸汽重整 、天然气部分氧化 、天
然气自热重整 ✓ 煤气化制氢：煤的地面气化技术 、煤的地下气化技术
2. 利用工业生产含氢尾气制氢 ✓ 合成氨生产尾气制氢 ✓ 炼油厂回收富氢气体制氢 ✓ 氯碱厂回收副产氢制氢 ✓ 焦炉煤气中氢的回收利用
固态氧化物燃料电池SOFC
氧化钇为稳定剂的氧化镐固体氧化物作为电解质。在燃料极处 采用Ni+YZrO2固体氧化物为催化剂，在氧电极处采用 Sr0.1La0.9MnO3固体氧化物为催化剂。反应温度为800-1000°C 。
燃料面广，可以用煤作为燃料。高温条件下可以不用催化剂就 发生化学反应。固体氧化物催化剂对电池的结构材料没有腐蚀。 可以实现内部重整。余热可以用来加热空气和甲醇等燃料。
熔态碳酸盐燃料电池可以用非贵重金属作为催化剂，能够耐 受CO和CO2，可以采用富氢燃料，余热温度高，可以充分利用。
以Li2CO3和K2CO3混合物为电解质，会烧损或脆裂，降低了 电池的寿命。在整个化学反应过程中， CO2要循环使用，从燃 料电极排出的CO2要经过除H2后按一定比例与空气混合后送入 氧电极，增加了电池的结构和控制的复杂性。
全固态固体氧化物材料制取困难，制作工艺复杂。由于工作温 度高，需要采用隔热措施，热效率较熔态碳酸盐燃料电池低。
固态聚合燃料电池SPFC，质子交换膜燃料电池PEMFC
质子交换膜采用氟黄酸质子交换膜，具有电解质、电极活性物质 的基底和能够选择透过离子的功能。
采用两个碳电极和质子交换膜，在电极内浸入氟黄酸并与质子交 换膜压合。在电极之间为催化剂层和电解质。输送到多孔质燃料夹 层中的H2，扩散到多孔负极板中，在催化剂的作用下转化为电子和 H+， H+通过质子交换膜到达正极，与正极多孔质空气夹层中的O2 发生氧化作用，转化为电能和水。
碱性燃料电池需要以纯氢为燃料，因为C会生成CO和CO2，CO 会引起催化剂中毒，使燃料电池效率降低或完全损坏，会与碱性溶 液生成碳酸盐，工作温度50-200°C ，余热利用率低。
可以用非贵重金属作为催化剂。氧电极极化小。
磷酸燃料电池PAFC
采用铂、多孔石墨为催化剂。100%的磷酸为电解质。 通常磷酸燃料电池是用甲醇经过重整处理转化的H2为燃料， H2不断的输入到燃料电极石墨多孔质燃料夹层中，约80%以上 分解后的H+经过多孔质催化剂层和只能通过H+的高分子电解质 膜，移动到氧电极处与O2发生氧化反应。在氧电极处，经过过 滤的氧气或空气，进入氧电极石墨多孔质空气夹层中，使得磷 酸燃料电池能够不断的产生电能。
燃料电池实质上是电化学反应发生器。由阴极、阳极 和电解质三部分组成。反应机理是将燃料中的化学能 不经燃烧而直接转化为电能。
二、燃料电池的优点
（1）效率高。燃料电池不是热机，因此不受卡诺循环的限制，效率 很高，目前已达60%。
（2）零排放或排放极低，对环境基本无污染。燃料电池没有燃烧过 程，用化学方式直接转换化学能，属于“冷燃烧”。氢氧燃料电池 的产物只有水，没有其他废气排出。
碱性燃料电池AFC
碱性燃料电池以吸附KOH的石棉膜为电解质。在燃料电极处采 用多孔镍或铂、钯为催化剂，在氧电极处用多孔银或金属氧化物、 尖石晶为催化剂。催化剂的基底装在碳化硅的容器中，在容器中灌 入100%的磷酸为电解质。氧电极和燃料电极的外侧为石墨复合材 料的多孔质夹层，供燃料或氧气在其中流动。