利用基本恒定的电极-电解质组合不断将燃料和氧化剂化学能转化为电能的电化学装置是燃料电池的典型定义。当氢被用作燃料时，燃料电池产生的唯一副产品是水、热和电，这使它们成为一种清洁和可持续的能源选择。与内燃机相比，燃料电池表现出更高的效率，能迅速将燃料能量转化为电能。为了提高效率，科学家和发明家开发了不同类型和尺寸的燃料电池，其技术要求各不相同。电解质的选择是影响燃料电池发明者可用可能性的关键因素。车辆推进、永久发电、便携式发电和大型发电厂只是燃料电池的一些用途。从交通运输到工业过程和住宅发电，燃料电池在提供清洁能源解决方案方面发挥着至关重要的作用。
一、燃料电池的发展历史
在上个世纪，外部因素对燃料电池的发展起到了重要作用。起初，尽管燃料电池的效率极低，但似乎是一种非常吸引人的发电选择。
格罗夫后来翻阅了卡莱尔（Carlisle ）和尼科尔森（Nicholson）的笔记，通过将电极串联起来，成功地 "重新合成了水"。使之成为可能的是一种被称为 "气体电池 "的装置。在稀硫酸电解质溶液中，它利用浸没在氢气和氧气中的单个铂电极进行工作。他看到，随着水流的流动，密封容器中同时含有水和气体，两个管道中的水位也随之升高。这种装置被称为 "格罗夫电池"，由两个电极组成：一个由硫酸锌组成，另一个由浸没在硝酸中的铂组成。当工作电压为1.8V时，它能产生约12A的电流。
2、路德维希-蒙德（Ludwig Mond）和查尔斯-朗格（Charles Langer）两位研究人员在 1889 年研究使用煤气作为燃料的燃料电池时，首次提出了 "燃料电池 "这一说法。二十世纪初，人们开始努力将煤直接转化为电能，但这种方法在很大程度上不为人知。
3、剑桥大学工程学教授弗朗西斯-培根（Francis Bacon）直到 1959 年才展示了5KW的可工作燃料电池装置，尽管他在 1932 年改进了蒙德和朗格的发明，建立了首座 AFC。
4、在改装 15KW电池的同时，哈里-卡尔-伊里格将其安装在了阿里斯-查尔莫斯公司的农用拖拉机上。
5、后来，Allis-Chalmers 与美国空军合作，制造了各种燃料电池驱动的车辆，如叉车、高尔夫球车和潜水艇。
二、燃料电池的工作原理
燃料电池目前是进一步研究的重点，因为它们有可能极大地改变能源生产方式。通过使用氢气或富氢气体作为燃料，它们可以确保在生产清洁能源的同时保护甚至改善环境。
顾名思义，燃料电池属于电池。但与电池不同的是，燃料电池可以持续供给燃料，从而使电力的生产可以一直持续。由于氢气和氧气会发生电化学反应，因此燃料电池可以立即将氢气或以氢气为基础的燃料转化为能量和热量。通过燃料电池内部发生的过程，电化学过程是可逆的。
如下图1所示，每个燃料电池的电极都位于电解质层的两侧，即阳极和阴极。被称为电解质的物理屏障可防止燃料和氧化剂直接混合，同时还允许离子电荷将溶解的反应物移动到电极上，并在电极之间移动。多孔电极结构可使气体/液体、电极和电解质之间的三相最大程度接触，同时还可将大量气相从电解质中分离出来。气体/液体的电离或去电离发生在三相接触界面上，反应物离子被导入或导出电极表面。
在阴极，氧气被还原成氧化物并生成水；在阳极，氢燃料被氧化成质子和电子。电子通过外电路运动，质子或氧化物离子通过电解质运动，产生直流电输出。在阴极的界面上，由于这一过程会发生放热反应，与氧气发生反应，形成水（H2O）和热量（产物气体排出）。多余的 H2 由燃料箱收集，以便燃料电池再次使用。
燃料电池所能提供的直流电量受到反应物、电解质和电极之间作为 "接触 "的微小区域的限制。为了优化接触面积和电池效率，可将扁平的 "多孔电极 "与一层薄薄的电解质融合在一起。
三、燃料电池类型
3.2熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
3.3质子交换膜燃料电池(PEMFC)
3.4直接燃料电池(DMFC)
3.5固体氧化物燃料电池(SOFC)
3.6磷酸燃料电池(PAFC)
3.7可逆燃料电池（RFC）
178 0012 6383