燃料电池

燃料电池虽然也是电池家庭的成员，但是它与干电池、蓄电池都不同，它的化学燃料不是装在电池的内部，而是储存在电池的外部，可以按电池的需要，源源不断地提供化学燃料，就像往炉膛里添加煤和油一样，所以人们称它为燃料电池。

实际上，燃料电池能把燃料所具有的化学能连续而直接地转变成电能，其发电效率比现在应用的火力发电还高，因此，将它称为“新型发电机”似乎更合适些；但它又比一般的发电机优越，在发电的同时还可获得质量优良的水蒸汽。也就是说，燃料电池既能发电，又可供热，故其总的热效率可望达到 80％。

燃料电池的原理早在一百多年前就被人们发现了，后来到 1932 年，科学家在理论上进行了论证，为研制现代燃料电池打下了基础。1958 年，燃料电池正式问世，其输出功率为五千瓦，工作温度为 200℃，所产生的电力足以开动风钻和电车。60 年代，燃料电池作为“阿波罗”等宇宙飞船的电源，为宇宙开发立下了汗马功劳。近年来，输出直流电 4.8 兆瓦的燃料电池发电厂

的试验已获成功，人们正在进一步研究设计 11 兆瓦的燃料电池发电厂。

燃料电池在结构上与蓄电池相似，也是由正极、负极和电解质组成。其正极和负极大都是用铁和镍等惰性、微孔材料制成；从电池的正极把空气或者氧气输送进去，而从负极将氢气、碳氢化合物、甲醇、甲烷、天然气、煤气和一氧化碳等气体燃料输送进去，这时，在电池内部，气体燃料和氧发生电化学反应，于是，燃料的化学能便直接转变成了电能。

作为燃料的氢在负极上与电解质一起进行氧化反应，生成带正电的离子

和带负电的电子，而电子通过外电路跑到正极上，与作为氧化剂的氧和电解质一起进行还原反应，最后生成带负电的离子。带电正离子和负离子在电解质中结合而生成水蒸汽，因此，只要不断地把燃料供给电池，并及时把电极上的反应产物和废电解质排走，就可以源源不断地提取电能和水蒸汽。

燃料电池与一般火力发电相比，具有以下几个优点：

发电效率高，而且稳定。一般的火力发电的能源转换效率只有 30～ 40％，而燃料电池在所有的发电装置中转换效率是最高的，目前已达到 50～

70％，预计将来可达到 80％。

工作可靠，不产生污染和噪音。燃料电池在反应过程中只产生水蒸汽，所以不会污染环境，由于它没有运动部件，自然不会产生噪音。
使用方便，电损耗低。燃料电池可以安装在用户跟前，既简化了输电设备，又降低了输电线路的电损耗。
建发电站用的时间短，而且还可根据需要随时扩大规模。燃料电池本身是由模式组合件构成的，几百上千瓦的发电部件可以预先在工厂里做好，然后再把它运到燃料电池发电站去进行组装。因此，可大大缩短建站时间，而且电站规模可随着电力需求量的增加而不断扩大。
它的体积小、重量轻、使用寿命长，单位体积输出的功率大，可以实现大功率供电。

目前，燃料电池主要在宇航工业、海洋开发和电气货车、通讯电源等方面得到实际应用。例如，美国的一艘潜艇用燃料电池代替铅蓄电池后，其潜水时间增加了三倍。

美国曾在 70 年代初期，建成了一座 1000 千瓦的燃料电池发电装置，随后，这套发电装置并入电网运行，成功地运行了一千多个小时。目前，美国的一些住宅区和商业区已开始用上 40 千瓦的燃烧电池。这种电源装置结构简单，使用维修方便，又不污染环境，因而很受用户欢迎。日本也在研制燃料电池，并在 80 年代初研制成功 0.48 万千瓦的磷酸解质电池。

现在人们已研制出一种新型高效能燃料电池，这种电池不仅价钱便宜，而且体积小，重量轻，污染少。这种由片状陶瓷制成的新型燃料电池，它的每个陶瓷片都由几层陶瓷组成，在陶瓷层间有许多微小的小三角形通道，燃料和空气分别从这些通道中流过，并穿过陶瓷薄壁而相互进行电化学反应。这种燃料电池的工作温度高达 800～1000℃，足以将所有的轻质碳氢燃料分解成有用的氢和一氧化碳。这样，像汽油、酒精、煤气等都可以作为这种燃料电池的燃料，从而扩大了它使用燃料的范围。

目前，这种高效能的燃料电池还处在研制阶段。人们预计，用来驱动汽车的小型陶瓷燃料电池将会在 21 世纪初得到实际应用，它的大小与现在汽车

上的大蓄电池相似，可以输出 50 千瓦电力，供开动车辆使用。而且这种新颖的陶瓷燃料电池还将在其他方面发挥作用，美国准备将它用作战地发电机，以及作为无声电动坦克和“星球大战”计划卫星上的电源。