四、燃料电池的工作原理是怎样的？

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能不断地转化为电能的装置。燃料电池在原理和结构上与传统电池完全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之外的，只要不断地供给燃料和氧化剂，就一直能够发电，因而其容量是无限的，这种电池可以不间断地提供稳定的电力，直至燃料耗尽。

燃料电池的种类见表2-2。目前最常见的是碱性燃料电池，其燃料为纯氢，许多碳氢化合物（例如天然气、甲醇和甲烷等）也可以作燃料使用。

虽然燃料电池的种类很多，而且不同类型的燃料电池的电极各不相同，但都是由负极、正极、电解质这3个基本单元构成。燃料电池存在三个相邻的区段，氧化反应和还原反应就发生在负极、电解质和正极这三个不同区段的接口之间。化学反应的净结果是燃料的消耗、水和二氧化碳的产生以及电流的形成（图2-16）。

燃料电池的工作原理如下：由于负电极和正电极分别处于电解质之中，而两个电极之间为具有渗透性的薄膜。氢气作为燃料由负极进入，氧气（或者空气）作为氧化剂由正极进入电池。在负极催化剂的作用下，发生氧化反应，氢原子分解成带正电荷的氢质子（阳离子）和带负电荷的自由电子。其中的氢质子进入电解质中，被氧“吸引”到薄膜另一边的正极，而电子不能通过固体高分子电解质膜，只能经外电路由负极到达正极，于是形成电流，外部用电器就获得了所需要的电能，从而成为电动机的动力源。在正极催化剂的作用下，氢质子、氧和电子发生还原反应，形成水分子（这是水电解反应的逆过程），因此水是燃料电池的唯一排放物。

燃料电池具有以下优点：能量的转换效率可达60%，是内燃机的2~3倍；零排放，无环境污染，燃料电池的燃料是氢气和氧气，氧化还原反应后生成清洁的水；氢燃料属于再生能源，来源广泛，不依赖于石油资源。即使采用甲醇、天然气或者汽油作为燃料，反应后产生的也是极少量的二氧化碳或氮氧化合物；相比纯电动汽车，燃料电池汽车续驶里程有了较大的提升；当燃料耗尽后，可以像传统燃油汽车那样快速补充燃料，无须长时间充电。

由于燃料电池进行化学反应时会产生热量，反应温度为80℃左右，所以系统安装了冷却液泵和散热器，在燃料电池极板的两端利用冷却液循环散热。

燃料电池是一种原电池，只能产生电能而不能储存电能，所以需要储电装置，用于高负荷时的动力辅助输出和减速时的制动能量回收。现在很多燃料电池汽车使用镍金属氢化物电池、锂电池或者超级电容器作为储电装置。 b5b5rF4yHBWEGIdtOau6XfsyvTPJPV/sEFGIyjr7dNOzxNnW9gEVQsPEHn3yfvY0