熔融碳酸盐 燃料电池 MCFC
碱性 燃料电池
AFC
磷酸 燃料电池
PAFC
质子交换膜 燃料电池 PEMFC
固体氧化物 燃料电池 SOFC
图 2 按电解质不同的燃料电池分类
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类型及其比较
2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书
燃料电池主要种类及比较
碱性燃料电池。该电池的结构与质子交换膜燃料电池类似，其电解液为水溶液或氢氧化钾基质。 工作温度较低，约为80℃，因此启动较快，但能量密度较低，仅为质子交换膜燃料电池的十分之一。 碱性燃料电池生产成本低，催化剂对一氧化碳等杂质也较敏感。可用于固定发电装置，在航天飞机 上 也有所使用，提供动力和水。
固态氧化物燃料电池。该类电池的电解质为固态陶瓷电解质，工作温度更高，800~1000℃之
间。这类电池能够抵御外界一氧化碳、硫等杂质的污染，也可以直接使用石油或天然气实现发电。
因使用的是固态电解质，这类电池比熔化的碳酸盐燃料电池更稳定，也更安全，但用来承受其高温
的建造材料也更昂贵。
表 2 燃料电池主要类型及特征比较
按工作温度
分为低温型（温度低于200℃）、中温型（温度为 200~750℃）、高温型（温度高于750℃）燃料电池
按结构类型
分为管状燃料电池、平板型燃料电池和单片型燃料电 池等
按照电解质不同，燃料电池可分为碱 性燃料电池（AFC）、质子交换膜电池 （PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）及固态氧 化物燃料电池（SOFC）。
磷酸燃料电池。该类电池的电解质为液体磷酸，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作 稳定较高，约150℃-200℃，但亦需电极上的白金催化剂加速反应。由于温度高，其反映速度更快， 对杂质的耐受性也更强。磷酸燃料电池效率较低，约为40%，加热时间更长。该类电池可用为医院、 学校、小型电站等提供动力。
熔融碳酸盐燃料电池。这类电池原理为温度加热到650℃时，盐会产生熔化，产生碳酸根离子， 从阴极流向阳极，与氢结合生成水、二氧化碳和电子。这种电池工作的高温能够在内部整合天然气 和石油等碳氢化合物，在内部生成氢。此外，该类电池的催化剂可由镍替代，产生的多余热量还可 被联合热电厂利用。但正是因为高温，电池需要较长时间才可达到工作温度，且在交通运输和家庭 发电方面均不太安全，对大规模的工业加工和发电气轮机更为适用。
01
燃料电池定义及发展演进
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基本概念
2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书
燃料电池定义
燃料电池是一种利用化学能提供电能的一种能量转换装置，即在电催化剂的作用下， 将可再生燃料（比如氢、有机小分子等）里的化学能转变成电能。 和蓄电池不同，燃料电 池内部并不贮存反应所需要的化学燃料，它只是提供了一个进行化学反应的场所。 虽然称 为燃料电池，其运作过程中并不会产生明火，产生电能的过程也不需要旋转式发动机等运 动部件。
2019年 氢能Biblioteka 燃料电池产业演进与 投资价值分析白皮书
2019年2月
2018年 氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书
目录
第一章 第三章
第五章
燃料电池定义及发展演进
基本概念 类型及其比较 主要特点 应用领域 产业演进
第二章
氢能及燃料电池产业链分析
产业链分析 细分环节分析
全球氢能及燃料电池产业发展现状
燃料电池系统发展现状 燃料电池汽车发展现状 主要国家发展情况
第四章
中国氢能及燃料电池产业发展现状及趋势
氢能及燃料电池产业发展研判
产业发展环境 技术发展现状 产业发展现状 区域分布特点 难点和突破点
技术趋势 成本趋势 规模预测
第六章
投资价值分析
投资并购情况 投资机会分析 投资标的分析
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2018年氢燃料电池产业演进及投资价值分析白皮书
PEMFC 电池类型 （质子交换膜燃料
电池）
PAFC (磷酸型燃料电池)
AFC （碱性燃料电池）
MCFC （熔融碳酸盐
燃料电池主要种类及比较
表1 燃料电池划分标准及类别
划分标准 按运行机理
按电解质种类
类别 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC） 燃融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电 池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）
按燃料类型
分为氢气、甲醇、甲烷、乙烷等燃料电池
图 1 燃料电池工作原理图解
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类型及其比较
2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书
燃料电池类型划分
燃料电池按照不同的标准可以 划分为不同的类型，分类标准主要 包括运行机理、电解质种类、燃料 类型、工作稳定和结构类型等。目 前主要依据电解质种类和燃料类型 进行分类，汽车企业最常用到的电 池为以氢气为燃料的质子交换膜燃 料电池。
电池工作时，燃料由外部供给，在电极上进行反应。只要反应物不断输入，反应产物 不断排出，燃料电池就能连续地发电。 以燃料电池中最典型的质子交换膜燃料电池为例， 质子交换主要起隔绝正负极的作用，相当于蓄电池中的隔膜和电解质。质子交换膜紧邻催 化 剂层，相当于实验室中的电极，是将燃料和氧化剂分开进行电化学反应的场所，是整个 电 池的核心。催化剂层外是扩散层，扩散层既有收集电流的作用，也是气体扩散和电流通 道 。电池工作时，电池内部负极供给燃料（氢气），正极供给氧化剂（空气），使氢气在 覆 盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极催化分解成质子（氢离子）和电子，氢离子进 入 质子交换膜中达到正极，电子不能通过质子交换膜达到正极，而是沿外部电路移向正极， 用电的负载就接在外部电路中发电。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达 正极上的电子形成水并释放热量。
质子交换膜燃料电池。也称聚合物电 解质膜或固态聚合物电解质膜燃料电池， 电解质是一片薄的聚合物膜。在80℃的温 度下即可工作，在寒冷条件（ -10℃ ）下 亦能迅速启动。其电力密度高，其体积相 对较小，同时工作效率高，并且能快速地 根据用电需求而改变其输出。但这类燃料 电池对膜材料要求较高，增加了制造成本。 此外，该类电池需要采用贵金属作为催化 剂，铂价格较高，增加了电池成本，且催 化剂与工作介质中的一氧化碳发生作用后 发生“中毒”而失效，会降低工作效率或 完全损坏。