一、 燃料电池分类

1. 按燃料电池的运行机理

燃料电池运行机理不同分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

2. 按电解质的种类不同

燃料电池按电解质不同，分为碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)等五类。

3. 按燃料类型

氢燃料电池，甲烷燃料电池，甲醇燃料电池，乙醇燃料电池。

4. 燃料电池技术路线

图1 燃料电池技术路线

二、 燃料电池简介

1. 碱性燃料电池

碱性燃料电池是第一个燃料电池技术的发展，最初由美国航空航天局的太空计划，同时生产电力和水的航天器上。

两电极的反应分别为：

负极反应：2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-

正极反应：O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-

图 2 碱性燃料电池工作原理

2. 质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池,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。

两电极的反应分别为：

阳极(负极):2H2-4e=4H+

阴极(正极):O2+4e+4H+=2H2O

图3 质子交换膜燃料电池原理图

3. 磷酸燃料电池

磷酸燃料电池是以浓磷酸为电解质、以贵金属催化的气体扩散电极为正、负电极的中温型燃料电池。可以在150~220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点，是一种接近商品化的民用燃料电池。

两电极的反应分别为：

阳极反应:H2+2e-→2H+

阴极反应:1/2O2+2H+→H2O+2e

总反应:1/2O2+H2→H2O

图4 磷酸型燃料电池基本组成和反应原理

4. 熔融碳酸燃料电池

溶化的碳酸盐燃料电池与上述讨论的燃料电池差异较大,这种电池不是使用溶化的锂钾碳酸盐,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,电子然后通过外部回路返回到阴极,在这过程中发电。

阳极反应:CO32-+H2→H2O+CO2+2e-

阴极反应:CO2+1/2O2+2e-→CO32

图5 反应原理示意图

5. 固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置,被普追认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。

图6 反应原理图

三、 结语

本篇文章简要简述了燃料电池按照电解质的不同、及按照技术路线等的不同分类方法，以及主要燃料电池的简要介绍。