基于DSP的燃料电池测控系统硬件设计(4)
磷酸燃料电池的效率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时间也比质子交换膜燃料电池长。虽然磷酸燃料电池具有上述缺点，它们也拥有许多优点，例如构造简单，稳定，电解质挥发度低等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力，而且有许多这样的系统正在运行，不过这种电池是乎将来也不会用于私人车辆。在过去的20多年中，大量的研究使得磷酸燃料电池能成功地用语固定的应用，已有许多发电能力为0.2 – 20 MW的工作装置被安装在世界各地，为医院，学校和小型电站提供动力。
（3）熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。
熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是下一世纪的绿色电站。
（4）固体氧化物燃料电池（SOFC）。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
（5）质子交换膜燃料电池（PEMFC）。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
2.2 质子交换膜燃料电池（PEMFC）简介
2.2.1 质子交换膜燃料电池（PEMFC）的基本工作原理
质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心是一个由多孔碳电极和一层薄的质子能够渗透但不导电的聚合物膜电解质组成的膜极组(MEA)。膜极组夹在两个集电板之间，通过两个集电板向外电路输出电力。膜极组和集电板串联组合成一个燃料电池堆。PEMFC具有较高的效率，在正常工作条件下，效率可达到近50%，其电功率密度也很高。工作温度约为60℃~80℃，燃料电池能很快地达到运行所需的温度条件。因为具有高效率、高功率密度和起动快的特点，这也是其作为替代内燃机引擎的吸引力之一。
质子交换膜燃料电池主要有氢燃料电池、甲醇重整燃料电池和直接甲醇燃料电池三种。目前，尤以氢燃料电池倍受电源研究开发人员的注目。其工作原理如图2-1所示：
图2-1 PEMFC工作原理示意图
在电池的一端，氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。阳极上的反应为：
(2-1)反应生成物中，氢离子穿过阳极和阴极之间的固体电解质膜到达阴极，电子则通过外电路到达阴极。在电池另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极。在阴极催化剂作用下，氧气与氢离子及电子发生反应生成水。阴极上的反应为：
连续不断地向电池输送氢气和氧气，电子就会在外电路连续运动形成电流，从而可以向负载输出电能。从式(2-3)可以看出，氢燃料电池的生成物是对环境无害的纯水，因此，使用氢燃料电池作动力源，不会造成大气污染。
2.2.2 质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统的组成及功能