• 在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家的污染法规 渐趋严格，因此对低污染车辆之需求势必增加。汽车业界近年来一直致力于开 发氢燃料电池车。其中较为领先的有美国通用、德国戴姆勒、日本丰田和本田 等。 国内有上海的上汽集团、同济大学汽车学院。
• 由同济大学与国内五大整车厂合作生产、在上海世博园区示范运营的196辆燃料 电池汽车（含90辆燃料电池轿车、6辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车）， 自上海世博会开园以来连续运行5个月。其中，仅在园区内高架步道及北环路运 行的燃料电池观光车一种车型，已累计载客137万人次，总行驶里程达44万余 公里。
应用领域
电动汽车、移动 电子设备
电动汽车、公共 汽车
大型发电厂
小型固定供电 供热设备
中大型发电厂 宇宙飞船
质子交换膜燃料电池简介
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称 PEMFC)，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、 阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化
电解质
PEMFC 离子交换薄膜
DMFC 聚合薄膜
MCFC
PAFC
熔融碳酸盐 高温磷酸
SOFC 固态陶瓷
AFC 氢氧化钾
工作温度
80℃
60-130℃
650℃
200℃
1000℃ 60-90℃
电能转换率 40-60%
40%
45-60% 35-40% 50-65% 45-60%
功率
<250kw
<1kw
>200kw >50kw <200kw >20kw
2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录的 23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是， 2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即质子交 换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。
2007-2011全球燃料电池出货量（根据应用方式划分）
单位：千套
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据应用方式划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池出货量（根据地区划分）
单位：千套
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
体积小巧，燃料使用便利，洁净环保，可以用作移动电话和膝上型电 脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力；
其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃 料电池需要更多的白金催化剂。
燃料电池的优势
洁净、安全的发电装置 有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低；积木化强，规模及安装地 点灵活，
剂还原的场所，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。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极 为电源正极。
两电极的反应分别为：

阳极(负极)：2H2-4e=4H+

阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O

注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质
子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外
0.1 164.7
2010 116.7
83.3 29.5
0.1 229.6
2011 144.8 104.4
36.3 0.1
285.6
2007 3.4 8.3 0.0 0.1 0.0 0.0
11.8
2008 12.3
5.4 0.0 0.0 0.0 0.0 17.7
2009 158.8
5.8 0.0 0.1 0.0 0.0 164.7
• 燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大 气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、 天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极 度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍， 因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。
燃料电池的概念是1839年W.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。 最近五年商业化发展非常迅速，在航空航天、交通运输、消费电子产 品及固定供电供热装置等领域有了很多成功运用。
目前燃料电池根据应用方式不同，分为三大应用领域类型：移动型 （Portable)、固定型(Stationary)、交通运输(Transport)
2008 5.0
23.0 22.8
0.3 51.1
2009 2.9
37.6 45.3
0.7 86.5
2010 5.8
41.2 42.6
0.4 90.0
2011 8.9
57.9 19.2
0.2 86.2
2007 10.6
0.3 1.4 0.7 24.1 0.0 37.1
2008 28.9
0.3 8.6 1.3 12.0 0.0 51.1
能量转化效率高 直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，不受卡诺效 率限制。。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%， 而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。 多燃料系统、燃料热值高 可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料
负荷响应快，运行质量高 质子交换膜燃料电池工作温度低、启动快、结构简单、操作方便等
11.8
2008 13.3
3.6 0.8 17.7
2009 156.0
6.7 2.0 164.7
2010 219.8
7.4 2.4 229.6
2011 274.0
10.0 1.6
285.6
2007 6.9 3.0 1.8 0.1
11.8
2008 6.2 3.1 8.4 0.0
17.7
2009 79.5 63.3 21.8
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
DMFC：直接甲醇燃料电池 MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池 P AFC：磷酸盐型燃料电池
质子交换膜燃料电池 简介
目录
燃料电池的概念 燃料电池的分类 燃料电池的优势 燃料电池的发展现状 燃料电池汽车
燃料电池的概念
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接 转化为电能的发电装置。
从结构上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能 “储电”，而是一个“发电厂”。电能转换效率一般为45%-60%，而 火力发电的效率一般在30%-40%。
2009 60.0
1.1 6.3 1.1 18.0 0.0 86.5
2010 66.4
1.1 7.9 6.7 7.7 0.2 90.0
2011 48.1
1.3 3.4 6.0 27.3 0.1 86.2
质子交换膜燃料电池应用
便携式燃料电池

每12克产品可以生产纯度
为99.999%的氢气121克，能满
起亚霸锐FCEV
在2008年洛杉矶车展上亮相的 起亚汽车的全新燃料电池电动 车型Borrego FCEV
这款起亚Borrego FCEV车型配有全新的氢燃料电池和450伏100千瓦电机， 最大功率为154马力。根据起亚汽车官方的报道，这款全新SUV 0到60英 里每小时的加速时间为12.8秒，最高时速为100英里每小时。起亚 Borrego FCEV车型装有10,000psi的氢气储藏罐，可以确保该款车型连续 行驶426英里。
燃料电池电堆照片
燃料电池结构示意图
直接甲醇燃料电池DMFC
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或 蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制 氢以供发电。
相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、 燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可 能成为未来便携式电子产品应用的主流。
通用Hy-wire
氢动三号
“氢动三号”是首款在日本 获得绿色商用牌照的燃料电 池车，也是首辆得到公路行 驶许可的液氢燃料电池汽车。 在所有获准在日本公路行驶 的燃料电池车中，“氢动三 号”以长达400公里的持续 行驶距离拔得头筹。
由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料 电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电 机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。一次充气行驶里程分别可达400公里。
电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。
以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理
论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在
0.5～1V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负
载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
燃料电池工作原理图
2010 222.8
6.7 0.0 0.1 0.0 0.0 229.6
2011 277.7
7.5 0.0 0.4 0.0 0.0 285.6
参考数据
发电功率（单位：MW） 应用类型 移动型 固定型 交通运输 合计
发电功率（单位：MW） 地区 欧洲 北美 亚洲 其他地区 合计