图表目录。**目录。
第一节氢燃料电池为燃料电池主流方向，全球市场空间超3000亿。
燃料电池通过燃料的电化学反应直接产生电能，相当于一个小型发电装置（主要包括双极板、电解质、扩散层、催化剂）。根据电解质和燃料的不同，燃料电池分为六类：质子交换膜燃料电池（pemfc）、直接甲醇燃料电池（dmfc）、固体氧化物燃料电池（sofc）、碱性燃料电池（afc）、熔融碳酸盐燃料电池（mcfc）、磷酸燃料电池（pafc）。
燃料电池核心电化学方程式如下：
鉴于燃料电池仍是新兴产业，多种技术路线并存（不只有氢燃料电池路线），我们对6种燃料电池分别从各自反应原理、输出效率等方面进行了梳理，以使大家更全面的了解燃料电池产业，并通过对比思考出更为符合我国国情的技术方向。
pemfc采用水基酸性聚合物(一般为全氟磺酸)作为电解质、铂作为催化剂，是当前燃料电池汽车和物料搬运车的首选技术路线。相较其余5类电池，其特点为运行温度相对较低（一般低于100℃），同时可以根据需要灵活调整电堆输出功率。但因相对低的启动温度并采用***基电极，这类电池必须使用高纯度的氢。
为克服高纯度氢气需求限制，目前pemfc出现高温型技术路线，其原理为将水基电解质变成无机酸基电解质，该类电池运行温度可以高达200℃，对氢气的纯度要求较低，但有能量密度较低的弊端。
**1：高、低温pemfc技术指标对比。
资料**：fuel cell today,北京欧立信信息咨询中心。
图表1：pemfc原理示意图。
资料**：fuel cell today,北京欧立信信息咨询中心。
dmfc是相对较新的技术，由美国nasa和喷气式推进实验室在90年代发现。与pemfc电池一样需要使用聚合物膜（如全氟磺酸）作为电解质，不同点为其采用铂-钌金催化剂，燃料可以是氢也可以是液态甲醇，因此被称作直接甲醇燃料电池。
甲醇具有相对高的能量密度，很容易运输和存储。基于其运行温度60-130℃特点，效率60%左右，直接甲醇燃料电池主要应用方向为电子产品、移动充电宝、物料搬运车等领域。
图表2：dmfc原理示意图。
资料**：fuel cell today,北京欧立信信息咨询中心。
sofc采用固体陶瓷作为电解质（例如氧化锆-氧化钇），运行温度非常高，最高运行温度高达800-1000℃，对铂催化剂依赖较小，可采用多种碳氢化合物燃料（甲烷、煤气等）。其能量转换效率超过60%，如果放出的热量能够被**利用，转化率则可高达80%。但受限于启动时间长，很难应用于汽车领域。
固体燃料电池在大型、小型固定式热电联产发电站中应用较多，例如bloom的100kw离网发电站。此外，输出功率w级的管状固体燃料电池还成功应用在便携式充电装置领域。
图表3：sofc原理示意图。
资料**：fuel cell today,北京欧立信信息咨询中心。
afc采用如氢氧化钾、碱性聚合物之类的碱性电解质，要求高纯度氢，运行温度70℃左右。最先被nasa应用在航天器上用于生产电能和水的电池，鲜被应用于商业领域。其优点是可采用非***作为催化剂（镍最常见），转换效率可高达60%。
图表4：afc原理示意图。
资料**：fuel cell today,北京欧立信信息咨询中心。
mcfc采用附着在多孔陶瓷上的熔融碳酸盐（包括碳酸锂、碳酸钾及碳酸锂）作为电解质。运行温度高达650℃，具备三大优点：1）对***催化剂的依赖较低；2）比起低温电池，可减少催化剂中毒概率；3）可以使用多种燃料（例如煤气、甲烷等）；缺点是存在高温腐蚀。
目前，mcfc主要用在一些大型电站、热电联产（chp）、热冷联产（ccp），转换效率高达60%，联产效率高达80%以上。
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