基础篇
一、燃料电池
什么是燃料电池？类比于发动机，燃料电池同样是一种能量转换装置，不同的是不是像内燃机通过反应物的燃烧，将能量转化为机械能再转化为电能，而是直接通过化学反应实现的，所以称之为化学能直接转化为电能的装置。
因为这样的原因，所以燃料电池的反应效率不受卡诺循环限制，能达到40%~60%的水平，但这个比例各种文献上说法不一。燃料电池根据电解质不同可以大致分为5类，电解质的意思是，由化学能直接转化为电能，又不用燃烧，那得需要一个介质传导离子产生电流啊，燃料电池里就是H+离子、氧负离子、0H-离子或者碳酸根离子作为参与反应的离子在阴阳极之间移动，而传导这些导电离子的介质就是电解质。下面是不同电解质的分类。
二、质子交换膜燃料电池
这里我想着重介绍“质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells）”，你听说的直接甲醇燃料电池，氢氧燃料电池都属于这一类。因为这两类虽说名称不同，但电解质都是质子交换膜，区别只是在于反应原料不同。
2.1 质子交换膜燃料电池的原理
以氢氧燃料电池为例，氢气为燃料在阳极一侧，氧气为氧化剂在阴极一侧，通常实际应用中通入的是空气。通质子交换膜是只允许质子也就是氢离子通过的聚合物薄膜，所以这里的电荷载体是氢离子，氢气在阳极侧催化剂作用下分解，氢离子通过电解质膜到达阴极和氧气反应生成水。简单理解，其实就是电解水的逆过程。
2.2 质子交换膜燃料电池的构成
简单来说包含两大部分：
- 膜电极
- 双极板
而膜电极（MEA）又可以分为中间的一层质子交换膜，两侧分别涂覆有相同的催化剂层（CL）以及再外面两侧分别有的气体扩散层（GDL），而通常催化剂层被制作成和质子交换膜一体的，所以是一个三合一结构，而若是五合一结构这就要看气体扩散层是否也被整合起来。
2.3 PEMFC组分的材料及制备工艺
最核心的是膜电极，其中质子交换膜目前最常用的是氟磺酸型电解质膜，一种固态的酸性膜。商品方面以杜邦公司的Nafion膜应用最广。
催化剂采用铂（Pt）纳米颗粒，而为了提高比表面积、避免团聚和提高稳定性会选择活性炭作为载体形成Pt/C催化剂。催化剂集成在电解质膜上的方法通常有转印法和CCM（Catalyst Coated Membrane）法。
气体扩散层要有良好的导电性，还要是多孔材质，方便反应气体通过到达催化层表面发生反应，也方便生成的水的排除。通常表面会做输水处理，避免材料被淹。所以气体扩散层通常是选择碳布或者碳纸为主，主要厂家包括日本东丽的Toray，还有SGL。
双极板在燃料电池中起到支撑电池，收集和传导电流和分隔氧化剂和还原剂的作用。所以一定也是要求导电还要有一定的强度，目前市面上最常用的双极板材料包括石墨，金属和复合材料。
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