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
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的高效发电装置，具有发电效率高、环境污染小、比能量高等优点。它通过燃料与氧化剂的化学反应产生电能，广泛应用于汽车、便携式设备、固定式电源等多个领域。
燃料电池是什么
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，将化学能直接转换成电能。由于燃料电池不经过热机过程，因此不受卡诺循环限制，能量转换效率较高。
燃料电池的工作原理
燃料电池是一种能量转换装置，按照电化学原理，将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。实际上发生的是氧化还原反应，燃料气和氧化气分别通过燃料电池的正负极进入，在燃料电池电堆的作用下构成回路，产生电流。
燃料电池的优缺点
燃料电池的优点
发电效率高：燃料电池不受卡诺循环限制，理论上发电效率可达85%-90%，在实现热电联供的前提下，燃料总利用率可达80%以上。
环境污染小：燃料电池的排出物是水，对环境的污染小。由于是化学能反应，二氧化碳排放量比热机过程减少40%以上。此外，结构简单，运动部件少，工作时噪声低。
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，如天然气、沼气、酒精等，符合能源多样化需求。
燃料电池的缺点
价格贵：初期建设成本高，推广需要大量资金投入，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，对制造者要求高，存在较多技术瓶颈。
燃料电池种类
氢燃料电池：利用氢气和氧气的化学能直接转化为电能，原理是电解水的逆反应。优点是无污染、无噪声、高效率，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，发电效率较高，适合便携式电子产品应用。
甲烷燃料电池：是一种氧化还原电池，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：电解质是固体有机膜，在增湿情况下可传导质子，既提供氢离子通道，又隔离两极反应气体。
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，在中高温下直接将化学能高效、环境友好地转化为电能，电解质为固态无空隙的金属氧化物。
燃料电池的应用领域
燃料电池是一种高效环保的发电技术，应用领域广泛。除了燃料电池车外，还可应用于便携式设备、固定式电源、航天航空机器设备的动力供应等。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术之一。
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。