(4) 结构简单、运行平稳。 2．燃料电池的缺点
(1) 燃料种类单一。是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。
(2) 要求高质量的密封。密封不良的燃料电池，氢气会泄漏到燃料电池的外面，降低了氢的利用率并严重影响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。由于要求严格的密封，使得燃料电池发动机的制造工艺很复杂，并给使用和维护带来很多困难。
(3) 价格高。制造成本高，电池价格昂贵。
(4) 需要配备辅助电池系统。燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收燃料电池汽车再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽车上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在燃料电池汽车减速时接受再生制动时的能量。
四、燃料电池系统1
燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。对于质子交换膜燃料电池，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统、安全系统等组成。
1.系统组成 （1）燃料供应系统 （2）氧化剂系统 （3）发电系统 （4）水管理系统 （5）热管理系统 （6）电力系统 （7）控制系统
（8）安全系统
氢的存储与输送是燃料电池应用的关键技术之一。目前有两种方式，储氢和重整制氢。 2.氢的存储与输送 （1）储氢
①存储技术：目前使用比较广泛的储氢技术有高压储氢、液态储氢和储氢材料储氢。这三种技术在实际运用中的效果很大程度上受到材料性能的制约。储氢材料储氢技术更有优势，尤其是使用碳纳米管储氢时，效果更理想。
②研究方向：随着材料科学的发展，储氢技术的发展主要集中开发密度更小、强度更高的材料，以提高储氢罐内的压力；开发绝热性能更好的材料，以减少液氢的蒸发，提高使用时的安全性；开发高容量的储氢材料，特别是碳纳米管等的制造技术。
(2) 部分氧化重整。部分氧化重整将燃料与氧相结合制氢，并生成一氧化碳。部分氧化重整的产氢率比蒸汽重整的低，但它结构紧凑、成本低、起动时间短、动态响应速度快，对燃料的适应性也更强，因而更具潜力。但是，如果采用无催化系统，常有碳烟和其它副产物生成；而采用有催化剂系统，又常因催化剂表面的局部高温而损伤催化剂，在反应过程中的稳定性也是一大难题。部分氧化重整最好用纯氧，但价格较高；虽然它也可使用燃料气与空气混合，但反应后需加净化处理装置，其成本亦很高。
（3）重整制氢
燃料电池使用的燃料—氢气可以由重整器提供。重整器使用的原料可以是天然气、汽油、柴油等各种烃类以及甲醇、酒精等各种醇类燃料。目前使用的重整技术主要有蒸汽重整、部分氧化和催化部分氧化重整、自动供热重整以及等离子体重整等。不同的重整技术在结构、效率和对燃料的适应性等方面有不同的特点，并在不同的使用条件下发挥出它们各自的优势。蒸汽重整是目前使用最广泛的制氢方式。
①蒸汽重整。蒸汽重整是一个化学过程，其中，氢通过碳氢化合物燃料和高温水蒸汽之间的化学反应生成。蒸汽重整器的发展经历了常规型、热交换型和平板型3个过程。常规型蒸汽重整器的容量较大，目前已实现商业化，但工作条件高(850℃，1.5~2.5MPa)，制造成本较高，容量大启动时间长，如果生产出来的氢气不能及时使用，储存也有困难。热交换
型重整器外形尺寸大大减小，工作条件降低(700℃，0.3MPa)，制造成本下降，且随负荷变化性能较好，目前已成功应用于燃料电池系统中。近年来出现的平板型结构更加紧凑，成本进一步降低，但目前技术还不成熟。如果在扩大催化剂的使用范围和延长使用寿命上有突破，将会在蒸汽重整装置中很有竞争力。
②部分氧化重整。部分氧化重整将燃料与氧相结合制氢，并生成一氧化碳。部分氧化重整的产氢率比蒸汽重整的低，但它结构紧凑、成本低、起动时间短、动态响应速度快，对燃料的适应性也更强，因而更具潜力。但是，如果采用无催化系统，常有碳烟和其它副产物生成；而采用有催化剂系统，又常因催化剂表面的局部高温而损伤催化剂，在反应过程中的稳定性也是一大难题。部分氧化重整最好用纯氧，但价格较高；虽然它也可使用燃料气与空气混合，但反应后需加净化处理装置，其成本亦很高。
③自动供热重整。自动供热重整将燃料与水蒸汽两者结合，因此，由水蒸汽重整反应吸收的热量平衡了从部分氧化重整反应中所放出的热量。自动供热重整相对于蒸汽重整结构简单，无需庞大的换热装置，制造成本低，对燃料的要求也降低，可使用醇类和重烃类的液体燃料；相对于部分氧化重整来说，自动供热重整由于氧化反应放出的热量直接被吸热的蒸汽重整反应吸收，所以系统的效率也提高了。但自动供热重整要求同时调节好氧气、水蒸汽和燃料之间的比例，控制比较困难，并且在重整中易产生积碳现象而损伤催化剂。 (4) 等离子体重整。等离子体重整是一种先进的制氢技术，它采用等离子激发重整反应的发生，可在满足制氢效率的情况下进行小规模生产，同时降低成本。一般等离子重整器在中小型制氢系统上经济效益比较明显，因为等离子的能量密度很高，使得重整器结构紧凑、起动快、动态响应快，基本不需要催化剂，而且它对燃料的适应性很强，除轻质烃外，各种重质烃、重油、生物质燃料甚至垃圾燃料都可用。等离子制氢技术可分为热等离子和冷等离子两种，产生氢气的过程与传统技术一样，它也包括蒸汽重整、部分氧化和热分解等。采用热等离子技术，反应气体温度高，热损大且不易控制。温度升高也产生了对电极的腐蚀。等离子重整器不宜工作在高压下，因为在高压下限制了电弧的灵活性，增加了电极的腐蚀，而减少电极寿命。
五、质子交换膜燃料电池1
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。
1. 质子交换膜燃料电池的基本结构P116
PEMFC由质子交换膜，催化剂层，扩散层、集流板(又称双极板)组成，如图P116 （1）质子交换膜 （2）电催化剂 （3）电极 （4）膜电极 （5）极流板与流场
2．质子交换膜燃料电池的工作原理
PEMFC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，质子交换膜为电解质。
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。
两电极的反应分别为： 阳极(负极)：2H2-4e=4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O
注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向
阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆，如附图所示。叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
电堆的核心是MEA组件和双极板。MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。双极板常用石墨板材料制作，具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，与电极相容性好等特点。常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。
3.质子交换膜燃料电池的优点
(1) 能量转化效率高。不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。 (2) 可实现零排放。没有污染物排放，是环保型能源。
(3) 运行噪声低，可靠性高。无机械运动部件，仅有气体和水流动。
(4) 维护方便。内部构造简单，电池模块呈现自然的“积木化”结构，使得电池组的组装和维护都非常方便，也很容易实现“免维护”设计。
(5) 发动效率平稳。 (6) 氢来源广泛。
(7) 技术成熟。氢气的生产、储存、运输和使用等技术目前均已非常成熟、安全、可靠。 4.质子交换膜燃料电池的的缺点主要有：
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