燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。

燃料電池工作原理是：氫氣或其他燃料進入到陽極，并在電極和電解質(zhì)的界面上發(fā)生氧化與氧氣還原的電化學反應，產(chǎn)生電流，輸出電能。

燃料電池是繼熱能發(fā)電、水力發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。利用電化學反應把燃料電池中燃料的化學能(即吉布斯自由能)直接轉(zhuǎn)換成電能，這樣不會受卡諾循環(huán)效應的限制，所以效率高。

此外，燃料電池用燃料和氧氣作為反應物，有害氣體(SOX,NOX)的排放量極少;由于在整個過程中，沒有機械傳動，所以無噪聲污染。因此，從節(jié)約能源和保護生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是一種很有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了很多種技術(shù)和結(jié)構(gòu)類型的燃料電池，但是根據(jù)電解質(zhì)的不同，一般分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等五大類。其中前三種類型工作溫度不大于200℃，又稱做低溫燃料電池，MCFC和SOFC的工作溫度大于650℃，叫做高溫燃料電池。

燃料電池系統(tǒng)組成及特點

組成

燃料電池PAFC的結(jié)構(gòu)最為典型，主要由四部分組成，分別是呈多孔狀態(tài)、涂有催化劑的陽極、陰極、隔離電極的離子導電電解質(zhì)、集流體。單電池產(chǎn)生的電壓很低，所以需要鈀電池串聯(lián)成電池堆來提高電壓。燃料電池整裝機組由電池組、重整器與熱交換器(廢熱回收)、直流-交流轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控器一起構(gòu)成。PAFC、AFC和MCFC使用液態(tài)電解質(zhì)，兩個電極呈氣、液、固三相接觸，而SOFC和PEMFC使用固態(tài)電解質(zhì)僅呈兩相接觸，故在結(jié)構(gòu)上有所不同。

特點

高能量轉(zhuǎn)換效率

燃料電池屬于一種能源轉(zhuǎn)換工具，可以將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能而不用經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換、機械能轉(zhuǎn)換，所以不受熱機原理中卡諾循環(huán)的限制，能達到40%以上的發(fā)電效率，如PAFC的發(fā)電效率為42%，MCFC的發(fā)電效率大于60%，比傳統(tǒng)的火電廠高的多。此外，燃料電池在發(fā)電的同時還生產(chǎn)熱水和低溫蒸汽，電/熱比大于1.0，多呈汽電共生形式，其總的能量轉(zhuǎn)換效率高達90%。

可靠性好

由于不需要經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換，機械能轉(zhuǎn)換等復雜能量轉(zhuǎn)化，所以電池內(nèi)運動零件很少，不會出現(xiàn)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)動零件和燃氣渦輪損壞等導致的嚴重事故。套裝機組可以在線監(jiān)控，可以自動操作。

利于環(huán)保

燃料電池與普通電廠相比，極大的降低了CO2排放，大幅度減少粉塵、SO2和NOx的排放，改善空氣質(zhì)量，同時水的消費和廢水排放大幅度降低。此外，燃料電池轉(zhuǎn)動機件少，消除了普通電廠的噪聲源。因為不需要燃燒，所以占地面積小，安全可靠，這種發(fā)電方式適合設置在城區(qū)作電源。以汽電共生方式可同時向旅館、餐廳、辦公樓、醫(yī)院、百貨公司提供電力和熱量大約需要40～1000kW的燃料電池;3～20kW的燃料電池可供住宅使用，高溫燃料電池對熱電廠的競爭力更高。可以在孤立的邊遠市鎮(zhèn)、礦區(qū)及軍隊哨所建立這種潔凈的小型汽電共生系統(tǒng)來提供電力、熱水、暖氣與空調(diào)，如新疆等地的油氣田，實用價值很高。

穩(wěn)定性高

由于受負載因素及容量變化的影響不大，所以效率穩(wěn)定，。負載追隨迅速，可提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定度。

燃料選擇范圍大

柴油、輕油、煤氣、天然氣、液化天然氣、沼氣、含氫廢氣等皆可使用。

建廠時間短

廠址選擇限制少、占地面積小，建廠時間不超過兩年，可靠近用戶建立現(xiàn)場發(fā)電裝置，減少了輸電系統(tǒng)的費用。

由于燃料電池存在造價偏高、冷機啟動時間長、長期使用的實驗數(shù)據(jù)缺少、電池組壽命比機組壽命短等問題，所以要想實現(xiàn)商品化氦需要進一步努力。除PAFC以外其它技術(shù)尚不夠成熟。