質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)方程式
從本質(zhì)上說，PEMFC是電解水的一個「逆」裝置。電解水過程是利用外加電源使水發(fā)生電解，從而產(chǎn)生氫和氧；然而，燃料電池則是氫和氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水，同時生產(chǎn)出電的過程。
所以燃料電池的結(jié)構(gòu)特征與電解水裝置是如出一轍的，它主要由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路組成。
PEMFC中陽極為氫電極，陰極為氧電極，陰陽極都含有一定量用來加速電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，兩極之間以質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。
當氫氣與氧氣分別通入陽極和陰極時，進入陽極的氫氣在催化劑作用下離化成氫離子和電子；電子經(jīng)外電路轉(zhuǎn)移到陰極，氫離子則經(jīng)質(zhì)子交換膜到達陰極；陰極的氧氣與氫離子及電子反應(yīng)生成水分子，其中產(chǎn)生的水不會稀釋電解質(zhì)，卻是隨著尾氣通過電極排出。
因此，PEMFC的電化學(xué)反應(yīng)為：2H2 O2→2H2O
質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點
1、發(fā)電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高。
2、發(fā)電時不產(chǎn)生污染。
3、發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便。
4、工作時沒有噪音。
質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展瓶頸
1、成本問題
PEMFC的成本問題是多方面引起的，首先，由于其工作條件是強酸性環(huán)境，必須使用昂貴的Pt作為催化劑；其次，現(xiàn)今使用較多的電解質(zhì)膜是性能好的商業(yè)Nafion膜，這就極大提高了PEMFC的生產(chǎn)成本。
2、氫源問題
PEMFC最理想的燃料是純氫，但氫氣是最輕的氣體，其儲存和運輸不易。
3、壽命問題
目前很多實驗室研究PEMFC發(fā)現(xiàn)可達10000h，而實際應(yīng)用到汽車上時，其壽命直線縮減，使用壽命有待提高。
質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用前景
質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電作為新一代發(fā)電技術(shù)，其廣闊的應(yīng)用前景可與計算機技術(shù)相媲美。經(jīng)過多年的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)，質(zhì)子交換膜燃料電池用作汽車動力的研究已取得實質(zhì)性進展，微型質(zhì)子交換膜燃料電池便攜電源和小型質(zhì)子交換膜燃料電池移動電源已達到產(chǎn)品化程度，中、大功率質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的研究也取得了一定成果。由于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)有望成為移動裝備電源和重要建筑物備用電源的主要發(fā)展方向，因此有許多問題需要進行深入的研究。就備用氫能發(fā)電系統(tǒng)而言，除質(zhì)子交換膜燃料電池單電池、電堆質(zhì)量、效率和可靠性等基礎(chǔ)研究外，其應(yīng)用研究主要包括適應(yīng)各種環(huán)境需要的發(fā)電機集成制造技術(shù)， 質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機電氣輸出補償與電力變換技術(shù)，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機并聯(lián)運行與控制技術(shù)，備用氫能發(fā)電站制氫與儲氫技術(shù)，適應(yīng)環(huán)境要求的空氣(氧氣)供應(yīng)技術(shù)，氫氣安全監(jiān)控與排放技術(shù)，氫能發(fā)電站基礎(chǔ)自動化設(shè)備與控制系統(tǒng)開發(fā)，建筑物采用質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電電熱聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)，以及質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電站建設(shè)技術(shù)等等。采用質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電將大大提高重要裝備及建筑電氣系統(tǒng)的供電可靠性，使重要建筑物以市電和備用集中柴油電站供電的方式向市電與中、小型質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分散電源聯(lián)網(wǎng)備用供電的靈活發(fā)供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，極大地提高建筑物的智能化程度、節(jié)能水平和環(huán)保效益。
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