燃料电池

燃料电池是一种把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”。

　　燃料电池一般由燃料极（或称氢极）、空气极（或称氧极）以及夹在这两极之间的电解质构成。工作时，由外部供给电池的氢在燃料极放出电子成为氢离子，氢离子通过电解质后移向空气极，而电子则通过外电路亦到达空气极。在空气极，由外部供给电池的氧，与氢离子及电子进行反应生成水。电能由外电路输出。

　　燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然都是将化学能转换成电能的装置，但它们的最大不同点在于，封存在干电池中参予化学反应的物质终将耗尽，反应停止，也就不能输出电能了；而对于燃料电池，只要外界不断地供给它燃料气体和氧化剂，化学反应就能不间断地进行，它就能不停地输出电能。

　　现在研制的燃料电池有四种基本类型，即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电解质型及碱型燃料电池。它们是根据电池中所用燃料、氧化剂、电解质的不同以及工作温度和构成方式的差别而划分的。磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。溶融碳酸盐型燃料电池，使用的天燃气燃料中既含氢也含一氧化碳，还能用含氢纯度低的煤气作燃料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃，不用铂等昂贵的催化剂，发电效率可达50％。发电过程可利用所排热能，与汽轮机结合。复合发电，这可使发电效率提高到55％左右；固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物，工作温度可高达800～1000℃，发电效率可达到50％以上；碱性燃料电池是以液氢为燃料，以液氧为氧化剂，成本极高。美国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。这种燃料电池不仅作为飞船和航天飞机的电源系统，而且也为宇航员提供了不可缺少的生活用水及生命保障系统中所需的冷却用水，这一特点是其他电源所望尘莫及的。

　　燃料电池从1839年弄清了其发电原理到现在，已经有100多年的历史了。它的发展几经周折，直到本世纪50年代才进入试制阶段。主要因为燃料电池的建设成本太高，运转性能尚不稳定。到了60年代，由于航天任务的需要，燃料电池的研制才有了重大突破。应用于“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机的燃料电池取得了巨大成功，更引起世界各国对它的重视，把世界性的燃料电池研制活动推向了高潮。将来在整个燃料发电系统的建设成本明显降低，输出功率大大提高，使用寿命大大延长，运转性能更加稳定的时候，城市、山村、工厂、机关乃至家庭的用电，也许就不再依靠大型电站通过远距离输送来的电力，而实现用自己安装的燃料电池来满足用电的需要。