燃料电池的工作原理是什么？燃料电池种类及应用领域
燃料电池的工作原理是什么？燃料电池种类及应用领域
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置。它具有发电效率高、比能量高、环境污染小、噪音低等优点。燃料电池的种类繁多，常见的有氢燃料电池、甲醇燃料电池、甲烷燃料电池、质子交换膜燃料电池等。其应用领域广泛，不仅限于燃料电池车，还涉及航天飞行等多个领域。
燃料电池的工作原理
燃料电池是一种电化学发电装置，通过燃料与氧化剂的化学反应，将化学能直接转换为电能。这种装置不需要经过热机过程，因此不受卡诺循环限制，能量转换效率较高。
燃料电池的工作过程实质上是氧化还原反应。燃料气和氧化气分别通过燃料电池的正负极进入，在电堆的作用下构成回路，产生电流。
燃料电池的优缺点
优点
发电效率高：燃料电池的发电效率理论上可达到85%-90%，在实现热电联供的前提下，燃料的总利用率可超过80%。
环境污染小：燃料电池的排出物主要是水，二氧化碳排放量比热机过程减少40%以上。此外，由于结构简单，运动部件少，工作时产生的噪声很低。
比能量高：液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍，直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池高10倍以上。
燃料范围广：理论上，只要含有氢原子的物质都可以作为燃料使用，包括天然气、沼气、酒精等。
缺点
价格贵：初期建设成本高，推广需要大量资金投入，且使用成本也较高。
技术难：目前仍处于研发初期阶段，相关技术不够成熟，存在较多技术瓶颈。
燃料电池的主要种类
氢燃料电池：利用氢气和氧气的化学能直接转化为电能，广泛应用于汽车能源、航天能源等领域。
甲醇燃料电池：以甲醇为燃料，具有低温快速启动、燃料洁净环保、电池结构简单等优点，适合便携式电子产品应用。
甲烷燃料电池：使用沼气作为燃料，生产成本比氢燃料电池低，对环境损害小。
质子交换膜燃料电池：电解质为可传导质子的固体有机膜，兼具电解质和隔膜的功能。
微生物燃料电池：利用微生物将有机物中的化学能直接转化为电能，根据电子传递方式和是否需要添加电子传递介体可分为不同类型。
固体氧化物燃料电池：属于第三代燃料电池，在中高温下运行，电解质为无空隙的金属氧化物。
燃料电池的应用领域
燃料电池作为一种高效环保的发电技术，应用领域十分广泛。除了在燃料电池车中的应用，还广泛应用于便携式设备、固定式电源、航天航空机器设备的动力供应等领域。
燃料电池的发展前景
燃料电池作为一种高效节能的发电技术，得到了不少国家政策支持。早在2015年国家就已经制定了对燃料电池车的发展规划，而截止到2019年年底，燃料电池行业不断有财税减免优惠政策推出。此外，虽然燃料电池是一种新兴技术，但是我国一直在制定相关行业标准调理，使行业的发展能得到合理、有序的保障，燃料电池发展前景一片向好。