燃料电池效率的几种说明

燃料电池性能的评价，除工作寿命、重量、成本等因素外，最重要的就是效率。一般来讲，能量转换装置的效率是指装置输出的能量占输人能量的百分数比，即输出能量/输人能量x100%

除电化学能量转换装置以外.其他能量转换装置是将化学反应能转换为机械能或热能，然后再转换成电能。在能量转换过程中，效率是受一定限制的。但是，燃料电池没有这样的制约，其效率要比其他能量转换装置的效率高。

然而，燃料电池的效率表达方式也非常复杂，一般有以下几种常用的效率表达方法。

1、热力学效率

热力学效率也称极限效率，是燃料电池理论上能达到的最高效率。由于燃料电池所用的燃料通常可以燃烧并释放能量，热力学效率可以用发电装置产生的电能与燃料燃烧反应所释放的热能(AH)相比较，理论上燃料电池的热力学效率在高温时比低温时低。然而在较高温下，反应速率增加.且相同电流密度下过电位也比低温时要低。另外，高温燃料电池可以少用或不用贵金属电极催化剂，产生的余热更容易利用。因而，综合比较起来，高温燃料电池的实际效率更高。

2、电化学效率

电化学效率，也称电压效率，对于不同的电池设计，即使是相同的电化学反应，也会有不同的效率。

3、发电效率

燃料电池的发电效率，也称实际效率，影响实际效率的因素较多，主要有电流密度、极化、温度、燃料利用率

4、共发电效率

燃料电池的一个显著优点是在发电的同时，能提供高质量的热水或水蒸气，特别是千瓦级以上的燃料电池电站和发电厂。这种发电模式称为联合供热发电(CHP,combinedheatandpower)，也称为共发电。共发电功率等于燃料电池电力输出功率与热负荷之和。

5、对于完整的燃料电池系统来说，发电的全过程除了发电和供热，还包括燃料重整，反应气体的输送，电极的加热、冷却，电力调节和转换等，这些过程的效率都影响燃料电池系统的总效率。燃料电池总效率是所有过程效率综合的结果。

衡量燃料电池的性能以及燃料电池与其他发电装置进行比较时，要用到一些技术指标或参数，包括电流密度、功率密度、成本和效率。

(1)电流密度。单个燃料电池的关键指标是电流密度，即单位电极面积上的电流强度(mA/cm2)。但需要说明的是，燃料电池的电流强度并不与电极面积成正比，电极面积增大一倍，电流强度并不增加一倍。原因比较复杂。与燃料电池的类型和电池的设计等因素有关。

(2)功率密度。燃料电池电源具有一定的功率、重量和体积。关键指标是功率密度和比功率。

(3)寿命。燃料电池的寿命通常是指电源工作的累积时间(h)。当燃料电池不能输出额定功率时，它的寿命即告终结。例如一个额定功率1kW的嫩料电池电源，出厂时的输出功率一般比额定功率高20%，即1.2kW。当该电源的输出功率小于1kW时，它就失效了。千小时电压降也被用做燃料电池的寿命参数。

(4)成本。燃料电池的成本是制约其应用的最重要指标，用USD/kW表示。

(5)效率。同其他发电装置一样，效率是燃料电池电源的重要指标。效率与能源利用率密切相关，在能源紧缺的今天，显得尤为重要。