1.4 分类和特点

迄今已研究开发出多种类型的燃料电池，最常用的分类方法是按电解质种类、运行机理、燃料类型进行分类，具体分类如下：

1）按电池所采用的电解质分类。按电解质不同，可将燃料电池分为：质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC），以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质；磷酸燃料电池（PAFC），以浓酸盐为电解质；碱性燃料电池（AFC），以KOH溶液为电解质；固体氧化物燃料电池（SOFC），以固体氧化物为氧离子导体，如以氧化钇稳定的氧化锆膜为电解质；熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），以熔融的锂-钾碳酸盐或锂-钠碳酸盐为电解质。这6类燃料电池的反应和运行温度如图1-9所示，基本特点见表1-1，其中PEMFC和DMFC的反应原理相同。

图1-9 不同燃料电池的反应和运行温度[2]

表1-1 不同类型燃料电池的基本特点

2）按燃料电池的运行机理分类。按运行机理不同，可将燃料电池分为酸性燃料电池和碱性燃料电池，其中，PEMFC、PAFC和DMFC属于酸性燃料电池，而AFC属于碱性燃料电池。

3）按燃料类型分类。按燃料类型不同，可将燃料电池分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。氢燃料电池包括PEMFC、AFC和SOFC等；甲烷燃料电池包括PAFC、SOFC和MCFC等；甲醇燃料电池包括DMFC；乙醇燃料电池包括直接乙醇燃料电池（DEFC）。

燃料电池运行十分复杂，涉及化学和热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论。此外，燃料电池的反应不需要经历燃烧过程，热能损失小，能量转换效率较高，反应的产物是水，不含运动部件，因此具有发电效率高、环境污染小、几乎无噪声等优点。总体来说，燃料电池具有以下特点：

1）能量转换效率高。燃料电池直接将燃料的化学能转换为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料-电能转换效率在45%～60%之间，而火力发电和核电的发电效率在30%～40%之间。

2）环境友好。燃料电池的有害气体（SOx、NOx、CO2）排放都很低，而氢燃料电池的产物只有水，对环境零污染。此外，燃料电池无机械运动部件，噪声污染也非常小。

3）燃料适用范围广。燃料电池的燃料来源包括氢气、重整气、天然气、净化煤气、甲醇、乙醇等，适用燃料来源广泛、价格低廉。

4）积木化强。燃料电池规模化及安装地点灵活，电站占地面积小、建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装调整，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。

5）负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒内就可以从最低功率变换到额定功率，而且燃料电池离用电负荷设备可以很近，从而改善了电压波动、减小了输变线路投资和线路损失。