细菌纤维素/Nafion复合膜的制备及性能研究(3)
燃料电池的工作需要外界不断的供给氢气和氧气，即燃料，主要反应产物水也需要不断的排出,这点与发动机较为相似，而与传统电池不同。单个燃料电池的电压在0.7V左右，为了满足使用需求，往往将多个燃料电池组合起来形成电池组以达到一定的电压值。一个完整的燃料电池，由多个工作部件组成，燃料电池的正常工作不仅需要电化学反应的场所和物质，还需要运行稳定的环境。控制系统，排热装置，排水装置和氢气存贮装置都是燃料电池必不可少的组成部分。这些部分的研究也是推动燃料电池发展的重要动力。
1.1.3燃料电池的应用
燃料电池的主要特点是高效率，无污染，低噪音，稳定性好，这些特点 也决定了燃料电池的主要应用方向。
燃料电池在航天领域一直是倍受青睐的动力源，美国航天飞机的动力源就是碱性燃料电池，航天飞机载有三个12KW的碱性燃料电池，每个燃料电池的电压为28V，由96节单电池组成，并且都可以独立工作，这种独立性确保了航天飞机的能源安全。在美国航天飞机三十年的服役时间内里，燃料电池稳定高效的提供着动力。中国在航天用燃料电池方面也一直投入了大量精力，中国科学院大连化学物理研究所就成功研制出了可以用于航天事业的碱性燃料电池[9]。
军事上，燃料电池也得到越来越多的应用。燃料电池可以作为各种电子设备的小型电源使用，美国军方开发的M-25型燃料电池单兵电源，可以用作各种单兵电子设备，这种电池在20W的功率下可以使用72H，其质量只有传统电源的20％，质轻的特点大大降低了士兵的负重。燃料电池在军事方面的另一个重要应用就是AIP（Air Independent Propulsion）潜艇，低噪音，低排放的使得潜艇可以更长时间潜伏在海底，更加难以被侦探到。在目前几种主要的AIP系统中，FC/AIP系统300KW的功率和55%的效率值均值其中最好的数值，FC/AIP潜艇一次可潜航三周，远高于普通潜艇的两天时间。现役的典型的安装有FC/AIP燃料电池系统AIP潜艇有俄罗斯的“阿穆尔”级潜艇和德国214型、212A型潜艇。
汽车公司也是现今燃料电池的一大研究推力。电动汽车作为未来的环保型交通工具，其动力系统是各大汽车公司开发的重点。燃料电池汽车虽然尚未推向市场，但已经进行了多个示范项目，北京奥运会和上海世博会期间，中国都进行了燃料电池汽车的示范运行并且取得了成功。燃料电池用于汽车能源的主要问题困难在于降低成本，燃料电池的主要催化剂Pt不但价格高昂而且存储量有限。这个问题也同样困扰着燃料电池的其他民用研究。燃料电池现在的主要民用方向还有发电站和便携式移动电源，但都还处于示范阶段。东芝公司在2009年发布了甲醇燃料电池充电器Dynario，并且试售了3000台，该款产品可以为手机等常用电子产品充电。在民用方面，燃料电池的制造成本始终是无法忽视的问题。
1.1.4 燃料电池的发展前景
从燃料电池的发展过程中不难看出，其发展和研究方向，取决于社会的需求。科技发展是为了更好地服务于社会，满足社会发展对生厂里的需求。从航空时代到环保时代，应用背景不同，燃料电池的发展路线也不同。在军事航天这些特殊领域，燃料电池已经经过了几十年的发展，技术应用相对比较成熟，而在民用方面，燃料电池尚处于起步阶段，大多数应用都还在试验和示范中。
燃料电池民用发展的主要阻碍还是寿命和造价问题。燃料电池的催化剂Pt是其成本和寿命的关键，各公司都在积极研究如何降低Pt的用量，使用Pt的合金代替Pt,改变催化剂形貌和载体也能有效的增加催化剂的活性的稳定性。不使用Pt的催化剂也在研究之中，如金属硫族化合物和金属大环配合物，但其活性和稳定性还达不到实用的要求。TOYOTA公司宣布成功将燃料电池发动机的催化剂Pt用量降低了2/3，这大大降低了燃料电池电动汽车的成本，其成本可以降低到单车50000美元，市场化成为可能。燃料电池的其余组成部分也是研究的重点。如质子交换膜，科学家一直在寻找新的材料作为燃料电池的质子交换膜，例如在现在常用的Nafion膜的基础上进行复合或者掺杂，增强其力学强度和质子交换能力，降低成本。