氢燃料电池电解质

燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类燃料电池需要特殊的材料和燃料，且用于其特殊的应用。按电解质划分，燃料电池大致可分为五类：质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）、固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。表9-1为五种类型燃料电池对比。

表9-1　五种类型燃料电池对比

1.质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：电催化剂、电极（阴极与阳极）、质子交换膜、双极板。工作时，氢在阳极被转变成氢离子的同时释放出电子，电子通过外电路回到电池阴极，与此同时，氢离子则通过电池内部高分子膜电解质到达阴极。在阴极，氧气转变为氧原子，氧原子得到从阳极传过来的电子变成氧离子，和氢离子结合生成水。

2.碱性燃料电池

碱性燃料电池是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似，但其使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。

3.磷酸燃料电池

磷酸燃料电池是当前商业化发展最快的一种燃料电池。使用液体磷酸为电解质。磷酸燃料电池的工作温度为150℃～200℃，但仍需电极上的铂催化剂来加速反应。由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快，且较高的工作温度也使其对杂质的耐受性较强。磷酸燃料电池的效率比其他燃料电池低，约为40%，其加热的时间也比质子交换膜燃料电池长，优点是构造简单、稳定、电解质挥发度低等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力。

4.熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池与其他燃料电池差异较大，这种电池不是使用熔融锂钾碳酸盐就是使用锂钠碳酸盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化，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。然后电子通过外部回路返回到阴极，在这过程中发电。

5.固态氧化物燃料电池

固态氧化物燃料电池工作温度比熔融碳酸盐燃料电池的温度还要高，其工作温度位于800℃～1000℃。在这种燃料电池中，当氧离子从阴极移动到阳极氧化燃料气体（主要是氢和一氧化碳的混合物）便产生能量。阳极生成的电子通过外部电路移动返回到阴极上，减少进入的氧，从而完成循环发电。