PEM燃料电池的介绍

质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪声。所以，质子交换膜燃料电池是一种清洁、高效的绿色环保电源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，其性能的好坏，直接影响电池的使用的寿命。

工作原理

在原理上，质子交换膜燃料电池相当于电解水的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和含催化剂涂层的质子交换膜构成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时，相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极，其工作原理如图及视频所示。

氢气直接被输送到负极，氧气直接被输送到正极。氢以分子的形式被输送至负极，在有催化剂的情况下氢气被分解成H＋离子（质子）。通过外电路输送氢原子的电子（e－）产生用于进行工作的电。然后，这些相同的电子被送到正极，通过膜返回的H＋离子在有催化剂的情况下，在正极与氧发生化学反应产生水和热量。

燃料电池堆

单个燃料电池本身没有多少用途，因为它产生的电动势小于1V。运用在汽车上的燃料电池通常是把数百个燃料电池组合在一起做成一个燃料电池堆，如图所示。在这种布置中，燃料电池串联在一起，这样的电池堆的总电压是每个单电池电压的总和。电池堆中的燃料电池是首尾连接，汽车中的燃料电池堆含有约400多个电池。

燃料电池堆的总电压由组成该电池堆的电池数量决定。然而电池堆的产电能力由电极的表面积决定。由于燃料电池堆的输出功率与电压和电流都有关系，所有增加电池数量或者增大电池的表面积都能提高输出功率。根据车辆所需要的输出功率及空间限制有些燃料电池车使用多个电池堆。

甲醇燃料电池

由于采用氢作为燃料电池燃料时，存储氢需要使用的高压汽缸的成本和安全性均不是很理想。因此，另一种改进的PEM燃料电池方法是用液态甲醇替代氢气，如图所示。

制造甲醇最常用的方法是用天然气合成甲醇，甲醇的化学式是CH3OH。它比气态氢的能量密度更高，因为常温下它以液态形式存在，无需使用压缩机或其他高压设备。使用液态燃料取代高压气体给燃料汽车添加燃料，添加过程将更加简单，几乎类似于燃油汽车添加汽油，如图所示。

但是，甲醇本身具有腐蚀性，不能存储在现有的燃油箱中，需要一个专门的装置单独处理和存储甲醇，此外，在甲醇燃料电池中，甲醇穿过膜装置会降低电池的工作性能。直接甲醇燃料电池的结构中也需要大量的催化剂，这些问题导致其成本升高。