文 献 综 述

1. 燃料电池概述

燃料电池是一种能量转换装置，它按电化学原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能^[1]。.燃料电池在原理和结构上均与普通意义上电池（battery）完全不同。燃料电池是一个开放体系，与外界既有能量的交换又有物质的交换；燃料电池的活性物质储存在电池之外，只要不停地向体系中供给燃料和氧化剂，电池就能够一直发电。不同类型的燃料电池的电极反应有所不同，但是其工作原理类似，都是由阴极、阳极、电解质这几个单元构成。燃料气在阳极催化剂的作用下发生氧化反应，生成阳离子并给出自由电子；电子通过外电路由阳极运动到阴极，同时为外电路提供了电能。氧化物在阴极催化剂的作用下发生还原反应，得到电子并生成阴离子。而电池内生成的阳离子或阴离子通过电解质运动到另一个电极上，生成反应产物排到电池外^[2,3,4]。燃料电池的分类^[5]:一是根据所使用的电解质类型、燃料来源等的不同，燃料电池可分为以下5种类型：碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料(PEMFC)。二是按照燃料电池的运行机理，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。三是按燃料的获得方法分，又可将燃料电池划分为直接型、间接型和再生型燃料电池。直接型的燃料电池按照工作温度的不同可分为高、中、低温型三种。

2. 质子交换膜燃料电池

2.1工作原理

PEMFC 以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板^[6,7,8]。图1为 PEMFC 的工作原理示意图。PEMFC 中的电极反应类同于其它酸性电解质燃料电池。反应过程如下^[1]

a) 氢气通过管道或导气板到达阳极 。

b) 在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为：。

c) 在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：。

总的化学反应为：。