堿性燃料電池(AFC)

AFC采用35%-45%KOH或NaOH溶液作為電解質(zhì)，工作溫度一般為23-70℃。其催化劑主要用貴金屬鉑、鈀、金、銀和過渡金屬鎳、鈷、錳等，但催化劑對(duì)反應(yīng)物中含有的微量CO2很敏感。

AFC的特點(diǎn)：較低的價(jià)格和較高的效率(50-55%)。AFC屬于低溫燃料電池，低溫時(shí)也能保證啟動(dòng)時(shí)間較短，可以用于交通工具。價(jià)格低廉、作用高效、技術(shù)成熟，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。盡管AFC的研究已比較成熟，但AFC的電解質(zhì)采使具有腐蝕性的液體，具有一定的危險(xiǎn)性，而且容易造成環(huán)境污染。此外，如果要解決CO2毒化問題，使用循環(huán)電解液來吸收CO2等，就增加了燃料電池系統(tǒng)的復(fù)雜性。

磷酸燃料電池(PAFC)

PAFC是迄今唯一接近商品化的電池，其反應(yīng)原理。陽極反應(yīng)為：H2→2H++2e-，陰極反應(yīng)為：1/2O2+2H++2e-→H2O。顯然，其全反應(yīng)為電解水的逆過程：H2+1/2O2→H2O。PAFC工藝的發(fā)展主要是在70年代后期開發(fā)出合適的碳黑和石墨電池零部件才取得重大突破。

與堿性氫氧化物燃料電池相比，PAFC的優(yōu)點(diǎn)在于貴金屬催化劑用量相對(duì)明顯減少，還原劑的純度大大降低，CO含量可允許達(dá)5%;PAFC屬于低溫燃料電池，低溫下發(fā)電，具有良好的穩(wěn)定性;人們?nèi)粘Ｉ钣盟梢灾苯永糜酂岖@得的水;與高溫燃料電池相比，啟動(dòng)時(shí)間明顯較短。缺點(diǎn)與AFC一樣，必須用貴金屬電作催化劑;CO含量不能過高，否則電催化劑將會(huì)被毒化，失去催化活性;電解質(zhì)為高濃度磷酸，具有很強(qiáng)的腐蝕性，影響電池系統(tǒng)使用壽命;因僅有40-50%的發(fā)電效率(低熱值)，所以燃料需要重整改質(zhì)，增加了燃料電池系統(tǒng)的復(fù)雜性。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)

PEMFC一般用于小型發(fā)電裝置和用作車輛等交通運(yùn)輸工具的動(dòng)力。結(jié)構(gòu)與PAFC差不多，都是由二層作為電極的催化層，中間有一層固態(tài)電解質(zhì)(質(zhì)子交換膜)同時(shí)起隔離層作用和外側(cè)作結(jié)構(gòu)支撐與氣體擴(kuò)散層用的碳紙組成，PEMFC工作原理。

PEMFC采用多孔氣體擴(kuò)散電極，電解質(zhì)為全氟磺酸型固體聚合物，電催化劑采用純鉑或碳載鉑，氫氣(H2)為燃料，氧氣或空氣為氧化劑。當(dāng)PEMFC工作時(shí)，H2通過管道或?qū)獍宓竭_(dá)陽極，經(jīng)過陽極催化劑催化作用，將H2分解為帶正電的氫離子(H+)并釋放出帶負(fù)電的電子(e-)。H+穿過電解質(zhì)到達(dá)陰極;電子通過外電路到達(dá)陰極，在這個(gè)過程中形成電流，通過連接電路可以向負(fù)載輸出電能。在電池另一端，O2或空氣通過管道或?qū)獍宓竭_(dá)陰極，經(jīng)過陰極催化劑催化作用，氧與氫離子及電子發(fā)生反應(yīng)生成水。

PEMFC的發(fā)展在AFC、MCFC、SOFC之后，但發(fā)展迅速，屬于比能最高、溫度最低、應(yīng)用最廣、啟動(dòng)最快、壽命最長的第五代燃料電池。它具有優(yōu)點(diǎn)：

(1)效能高。PEMFC不存在燃燒過程，所以不受卡諾循環(huán)限制，目前該燃料電池的效率大約是內(nèi)燃機(jī)的兩倍，其理論熱效率可達(dá)85%-90%，;

(2)燃料多樣性。PEMFC不但可以純氫為燃料，而且也可以用重整氣為燃料;

(3)模塊化。在結(jié)構(gòu)上PEMFC具有模塊化的特點(diǎn)，根據(jù)不同動(dòng)力的需求以“搭積木”的堆積形式組合安裝;

(4)可靠性高。PEMFC電堆采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝、易于維護(hù);

(5)環(huán)境友好。PEMFC用純氫作為燃料時(shí)水是唯一的產(chǎn)物，零排放，無污染。此外，PEMFC還具有噪聲低，格結(jié)構(gòu)部件均可回收利用等。