PEM燃料电池的工作原理
近年来印度的发电和输电能力已得到了显著的改善，但仍有 2.1％的能源缺口，并且约有 2 万个村庄没有纳入电网覆盖范围。

不仅如此，通往城乡的电力供应仍旧不稳定。

因此，柴油发电机被大范围地应用于分散式供电。

柴油发电机（图 1 左）虽然价格低廉，但普遍效率低下，同时会对周边环境和居民的健康带来潜在危害。

图1. 左图：为印度的电信塔供电的柴油发电机。

右图：PEM 燃料电池。

为解决这一难题，印度国家化学实验室（National Chemistry Laboratory，简称NCL）联合印度科学与工业研究理事会（Council of Scientific and Indus­trial Research，简称CSIR）下属的两所实验室——中央电化学研究所（Central Electrochemical Research Institute，简称CECRI）和国家物理实验室（National Physical Laboratory，简称NPL），着手研究清洁、高效、可靠的发电技术为电信塔供电，并期望最终能够为建筑物提供能源。

质子交换膜燃料电池（proton ex­change membrane fuel cell，简称PEM 燃料电池或PEMFC，见图1）是一种兼顾了成本和污染问题的理想解决方案。

如今许多应用中都能看到PEM 燃料电池的身影，它正逐步替代传统的电力技术。

燃料电池的优势明显：碳排量小、噪音低、燃料兼容性强，与其他可再生能源解决方案具有良好的互补性，因此适用于交通运输、住宅楼、办公室以及一些工业领域。

PEM 燃料电池系统的总转换效率超过30％（柴油发电机约为22%~25%），当使用纯氢气发电时，排放物只有水蒸气。

PEM 燃料电池的工作原理
PEM 燃料电池中包含一个膜电极组件（membrane electrode assembly，简称MEA），由气体扩散层、电极和聚合物电解质膜构成。

在MEA 内发生电化学反应，产生电能。

在单个PEM 燃料电池中，氢气流向组件的阳极，在阳极催化剂的作用下分解为质子和电子。

电子在通过电极中的碳纳米颗粒网络传导至另一侧的阴极之前，会先输出电流，为设备提供电能。

与此同时，质子穿过质子交换膜到达阴极，空气中的氧气通过MEA 中的气体扩散层（gas diffusion layer，简称GDL）到达阴极（图2）。