碱性燃料电池和磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池的简要分析

碱性燃料电池(AFC)

AFC采用35%-45%KOH或NaOH溶液作为电解质，工作温度一般为23-70℃。其催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属镍、钴、锰等，但催化剂对反应物中含有的微量CO2很敏感。

AFC的特点：较低的价格和较高的效率(50-55%)。AFC属于低温燃料电池，低温时也能保证启动时间较短，可以用于交通工具。价格低廉、作用高效、技术成熟，在交通运输领域，有广阔的发展和应用前景。尽管AFC的研究已比较成熟，但AFC的电解质采使具有腐蚀性的液体，具有一定的危险性，而且容易造成环境污染。此外，如果要解决CO2毒化问题，使用循环电解液来吸收CO2等，就增加了燃料电池系统的复杂性。

磷酸燃料电池(PAFC)

PAFC是迄今唯一接近商品化的电池，其反应原理。阳极反应为：H2→2H++2e-，阴极反应为：1/2O2+2H++2e-→H2O。显然，其全反应为电解水的逆过程：H2+1/2O2→H2O。PAFC工艺的发展主要是在70年代后期开发出合适的碳黑和石墨电池零部件才取得重大突破。

与碱性氢氧化物燃料电池相比，PAFC的优点在于贵金属催化剂用量相对明显减少，还原剂的纯度大大降低，CO含量可允许达5%;PAFC属于低温燃料电池，低温下发电，具有良好的稳定性;人们日常生活用水可以直接利用余热获得的水;与高温燃料电池相比，启动时间明显较短。缺点与AFC一样，必须用贵金属电作催化剂;CO含量不能过高，否则电催化剂将会被毒化，失去催化活性;电解质为高浓度磷酸，具有很强的腐蚀性，影响电池系统使用寿命;因仅有40-50%的发电效率(低热值)，所以燃料需要重整改质，增加了燃料电池系统的复杂性。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)

PEMFC一般用于小型发电装置和用作车辆等交通运输工具的动力。结构与PAFC差不多，都是由二层作为电极的催化层，中间有一层固态电解质(质子交换膜)同时起隔离层作用和外侧作结构支撑与气体扩散层用的碳纸组成，PEMFC工作原理。

PEMFC采用多孔气体扩散电极，电解质为全氟磺酸型固体聚合物，电催化剂采用纯铂或碳载铂，氢气(H2)为燃料，氧气或空气为氧化剂。当PEMFC工作时，H2通过管道或导气板到达阳极，经过阳极催化剂催化作用，将H2分解为带正电的氢离子(H+)并释放出带负电的电子(e-)。H+穿过电解质到达阴极;电子通过外电路到达阴极，在这个过程中形成电流，通过连接电路可以向负载输出电能。在电池另一端，O2或空气通过管道或导气板到达阴极，经过阴极催化剂催化作用，氧与氢离子及电子发生反应生成水。

PEMFC的发展在AFC、MCFC、SOFC之后，但发展迅速，属于比能最高、温度最低、应用最广、启动最快、寿命最长的第五代燃料电池。它具有优点：

(1)效能高。PEMFC不存在燃烧过程，所以不受卡诺循环限制，目前该燃料电池的效率大约是内燃机的两倍，其理论热效率可达85%-90%，;

(2)燃料多样性。PEMFC不但可以纯氢为燃料，而且也可以用重整气为燃料;

(3)模块化。在结构上PEMFC具有模块化的特点，根据不同动力的需求以“搭积木”的堆积形式组合安装;

(4)可靠性高。PEMFC电堆采用模块化的设计方法，结构简单、便于安装、易于维护;

(5)环境友好。PEMFC用纯氢作为燃料时水是唯一的产物，零排放，无污染。此外，PEMFC还具有噪声低，格结构部件均可回收利用等。