新能源汽車：燃料電池分類介紹（上）

一、燃料電池的分類

燃料電池具有幾種分類方法，分類標(biāo)準(zhǔn)包括：電池工作溫度、燃料種類、電解質(zhì)類型等。

（1）根據(jù)工作溫度，燃料電池可分為三類：低溫型 （工作溫度低于200℃）、中溫型（工作溫度處于200~750℃之間）、高溫型（工作溫度高于750℃）。

（2）根據(jù)燃料的種類，燃料電池也可分為三類：

1）直接式燃料電池，即直接使用氫氣作為電池燃料；

2）間接式燃料電池，將甲烷、甲醇、其他類化合物轉(zhuǎn)化為氫或富含氫的混合氣燃料，再供給至燃料電池；

3）再生燃料電池，將燃料電池放電所生成的水，再重新分解成氫和氧，并作為燃料輸送回燃料電池。

（3）根據(jù)電解質(zhì)類型，可分為五類：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）。

二、質(zhì)子交換膜燃料電池

（1）質(zhì)子交換膜燃料電池簡(jiǎn)介

質(zhì)子交換膜燃料電池是最常用的燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）采用可傳導(dǎo)離子的聚合膜作為電解質(zhì)，所以也可被稱為聚合物電解質(zhì)燃料電池 （PEFC）、固體聚合物燃料電池（SPFC）、固體聚合物電解質(zhì)燃料電池（SPEFC）。

（2）質(zhì)子交換膜燃料電池組成

質(zhì)子交換膜燃料電池的組成包括：質(zhì)子交換膜、催化層、擴(kuò)散層、集流板，其中質(zhì)子交換膜、催化層、擴(kuò)散層三者共同組成膜電極。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《新能源汽車》

1）質(zhì)子交換膜

質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡(jiǎn)稱PEM）是質(zhì)子交換膜燃料電池的重要部件，其性能可直接影響燃料電池的性能和壽命。該膜除了具有將燃料電池陽(yáng)極燃料與陰極氧化劑隔開的功能外，還是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)（電催化劑）的基底，即兼具隔膜和電解質(zhì)的作用。另外，質(zhì)子交換膜也是一種選擇透過(guò)膜，只有氫離子（H+）可穿過(guò)該膜，其它離子、氣體、液體均不可穿過(guò)該膜。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《新能源汽車》

2）電催化劑

為增加電化學(xué)反應(yīng)速率，氣體擴(kuò)散電極（根據(jù)下文：即電池電極）表面覆蓋一定量催化劑。質(zhì)子交換膜燃料電池電催化劑主要包括鉑系和非鉑系電催化劑兩類，目前多采用鉑系電催化劑。

3）電池電極

質(zhì)子交換膜燃料電池的電極是一種多孔氣體擴(kuò)散電極，一般由擴(kuò)散層和催化層組成。

擴(kuò)散層是由導(dǎo)電材料制成的多孔結(jié)構(gòu)，具有支撐催化層，收集電流，為電化學(xué)反應(yīng)提供電子通道、氣體通道、排水通道的作用。

催化層是進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域，是電池電極的核心部分。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗糙多孔，以為氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)提供足夠的表面積。

4）膜電極

膜電極（Membrane and Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA）是通過(guò)熱壓將陰極、陽(yáng)極、質(zhì)子交換膜復(fù)合在一起的電極。

5）雙極板與流場(chǎng)

雙極板又被稱為集流板，是燃料電池的重要部件，其作用包括：分隔反應(yīng)氣體、收集電流、將各個(gè)單電池串聯(lián)、通過(guò)流場(chǎng)（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料理解：通過(guò)流暢即通過(guò)壓強(qiáng)的變化）為反應(yīng)氣體進(jìn)入電極和水從電極排出提供通道。

（3）質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：

① 能量轉(zhuǎn)化效率高；

② 可實(shí)現(xiàn)零排放；

③ 運(yùn)行噪聲低，可靠性高；

④ 電池內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；

⑤ 發(fā)電效率平穩(wěn)；

⑥ 氫是可再生能源，來(lái)源廣泛。

2）缺點(diǎn)：

① 膜材料和催化劑制造成本高；

② 該類電池需純凈氫燃料。

審核編輯 ：李倩