氢-空气燃料电池

氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。

氢氧燃料电池工作时，向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H 和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。

氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置。氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器。氢气和氧气都可以由电池外提供 。

（1）无污染

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

（2）无噪声

燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

（3）高效率

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换 。2100433B

燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在电池内部的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面 。

氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。

（1）离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜。电池放电时,在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。

（2）培根型燃料电池：属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极（内外层孔径不同），加铂作催化剂。电解质为80%～85%的苛性钾溶液，室温下是固体，在电池工作温度（204～260°C）下为液体。这种电池能量利用率较高，但自耗电大，起动和停机需较长的时间（起动需24小时，停机17小时）。

（3）石棉膜燃料电池：也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成，氧电极是多孔银极片，两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜，再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟，并可瞬时停机 。

电池的活性物质为H₂(g)和O₂(g)；根据电解质性质的不同有酸性、碱性、熔融盐燃料电池；按使用温度有低温(75～100℃)、中温(100～500℃)、高温(500～1000℃)型燃料电池。例如离子交换膜低温酸性氢-氧燃料电池，正、负极为少量贵金属催化剂与导电金属网制成，将它们分别压于离子交换膜两侧，电解液为高浓度的磷酸，工作温度为40～60℃。又如低温碱性氢-氧燃料电池，负极为镍粉和铂、钯烧结而成，正极为有效面积很大的银电极，电解液为高浓度的KOH溶液，隔膜为石棉膜或钛酸钾膜，工作温度为80～90℃。高温固体电解质燃料电池，复合氧化物(ZrO₂)0.85(CaO)0.15、(ZrO₂)0.9(Y₂O₃)0.1，碳酸盐等为固体电解质，高温下它们的离子能够导电。将固体电解质制成短管，在其内外壁涂覆多孔的Pt作为正、负极。工作温度为1000℃。

Hydrogen as a Future Energy Carrier, Andreas Züttel, Andreas Borgschulte, and Louis Schlapbach, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008

燃料电池 : 原理·关键材料和技术，章俊良, 蒋峰景编著，上海交通大学出版社, 2014

氢与氢能，李星国，机械工业出版社，2012

先进储氢材料导论，朱敏，科学出版社，2015

储氢材料，胡子龙，化学工业出版社，2002

燃料电池和燃料电池车发展历程及技术现状，衣宝廉等，科学出版社, 2018

PEM燃料电池 : 理论与实践 ， (美) 弗朗诺·巴尔伯(Frano Barbir) 著 ; 李东红, 连晓峰等译，机械工业出版社, 2016

建议参考的数据库：web of science、elsevier、CNKI

可再生氢-氧燃料电池（RFC）是一种电能储存装置，它先作为电解池用电能将水电解成氢气和氧气分别收存在密封容器中，从而能将水电解成氢气和氧气分别收存在密封容器中，从而以化学能的形式（有以化学能的形式（有人称为“氢能”）储存电能；用电时它再作为发电装置用氢、氧气的化学能产生电能.