質(zhì)子交換膜燃料電池是一種能夠?qū)⒒瘜W能轉(zhuǎn)化為電能的設備。與傳統(tǒng)燃料電池不同，質(zhì)子交換膜燃料電池采用了固體質(zhì)子交換膜來隔離氧氣和氫氣，使得氫氣在陽極處氧化產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子通過外部電路流入陰極，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，并與氧氣結(jié)合形成水。

1.質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理

質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理是基于化學反應，其中氫氣在陽極處發(fā)生氧化反應：

H2 → 2H+ + 2e-

電子通過外部電路流入陰極，產(chǎn)生電流，而質(zhì)子則穿過固體聚合物電解質(zhì)（或稱為質(zhì)子交換膜）滲透到了陰極。在陰極處，氧氣和質(zhì)子反應生成水：

1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O

整個反應的化學方程式為：

H2 + 1/2 O2 → H2O

2.質(zhì)子交換膜燃料電池的組成

質(zhì)子交換膜燃料電池主要由以下四個部分組成：

• 陽極：氫氣在此處通過催化劑進行氧化反應。
• 陰極：氧氣在此處與質(zhì)子和電子結(jié)合形成水。
• 質(zhì)子交換膜：將陽極和陰極隔開，同時也是質(zhì)子傳遞的介質(zhì)。
• 電解質(zhì)層：位于陽極和質(zhì)子交換膜之間，用于儲存電荷并促進離子傳輸。

3.質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

• 燃料電池能夠高效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能，并且排放物僅為水和少量的廢熱。
• 相比其他類型的燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池具有較高的功率密度，適用于對功率要求較高的應用領(lǐng)域。
• 氫氣作為燃料具有豐富的來源，可以通過水解等方式獲得。

3.2 缺點

• 質(zhì)子交換膜燃料電池仍面臨催化劑壽命、運行溫度過高等問題，對技術(shù)難度和成本造成挑戰(zhàn)。
• 目前市場上缺乏廣泛應用的氫氣基礎(chǔ)設施。
• 氫氣密度低，需要占用較大空間儲存。