質子交換膜燃料電池( PEMFC)採用可傳導離子的聚合膜作為電解質，所以也叫聚合物電解質燃料電池( PEFC)、同體聚合物燃料電池(SPFC)或固體聚合物電解質燃料電池( SPEFC)。
基本介紹
- 中文名：質子交換膜燃料電池
- 外文名：Proton exchange membrane fuel by the battery
- 簡稱：PEMFC
- 別稱：聚合物電解質燃料電池
- 屬於：能源
- 領域：能源學
概述,系統組成,優點,
概述
燃料電池實際上是一個大的發電系統。對於質子交換膜燃料電池，需要有燃料供應系統、氧化劑系統、發電系統、水管理系統、熱管理系統、電力系統以及控制系統等：
質子交換膜燃料電池( PEMFC)採用可傳導離子的聚合膜作為電解質，所以也叫聚合物電解質燃料電池( PEFC)、同體聚合物燃料電池(SPFC)或固體聚合物電解質燃料電池( SPEFC)。
系統組成
質子交換膜燃料電池是在電動汽車上最有套用前景的電力能源之一。組成質子交換膜燃料電池的基本單元是單體燃料電池。如前所述，單體電池的電化學電動勢大約1 V左右，其電流密度約為100 mA/cm2。因此，一個實用化的質子交換膜燃料電池系統，必須通過單體電池的串聯和並聯形成具有一定功率的電池組，才能滿足絕大多數用電負載的需求。此外，還要為系統配置氫燃料儲存單元，空氣（氧化劑）供給單元，電池組溫度、濕度調節單元，功率變換單元及系統控制單元等，將燃料電池組成為一個連續、穩定的供電電源。
1)燃料電池組（堆），質子交換膜燃料電池的單體電池，其化學電動勢為1.0~1.2V，負載時的輸出連線埠電壓為0.6~0.8V。為滿足負載的額定工作電壓，必須將單體電池串聯起來構成具有較高電口珀勺電池組。由於受到材料（如質子交換膜等）及工藝水平的限制，目前單體電池的輸出電流密度約為300~600mA/cm2，因此，欲提高燃料電池的輸出電流能力，只能將若干串聯的電池組並聯，組成具有較大輸出能力的燃料電池堆。由於燃料電池堆是南大量的單體電池串並聯而成的，因而，存在著向每個單體電池供給燃料與氧化劑的均勻性和電池組熱管理問題。
2)燃料及氧化劑的儲存與供給單元。為使質子交換膜燃料電池實現連續穩定的運行發電，必須配置燃料及氧化劑的儲存與供給單元，以便不間斷地向燃料電池提供電化學反應所需的氫和氧。燃料供給部分由儲氫器及減壓閥組成；氧化劑供給部分由儲氧器、減壓閥或空氣泵組成。
3)燃料電池濕度與溫度調節單元。在質子交換膜燃料電池運行過程中，隨著負載功率的變化，電池組內部的工況也要相應改變，以保持電池內部電化學反應的正常進行。對質子交換膜燃料電池運行影響最大的兩個因素是電池內部的濕度與溫度。因此，在電池系統中需要配置燃料電池濕度與溫度調節單元，以便使質子交換膜燃料電池在負荷變化時仍工作在最佳工況下。
4)功率變換單元。質子交換膜燃料電池所產生的電能為直流電，其輸出電壓因受內阻的影響會隨負荷的變化而改變。基於上述原因，為滿足大多數負載對交流供電和電壓穩定度的要求，在燃料電池系統的輸出端需要配置功率變換單元。當負載需要交流供電時，應採用DC/AC變流器；當負載要求直流供電時，也需要用DC/DC變流器實現燃料電池組輸出電能的升壓與穩壓，
5)系統控制單元。由上述四個功能單元的配置和工作要求可知，質子交換膜燃料電池系統是一個涉及電化學、流體力學、熱力學、電工學及自動控制等多學科的複雜系統。質子交換膜燃料電池系統在運轉過程中，需要調節與控制的物理量和參數非常多，難以手動完成。為使質子交換膜燃料電池系統長時間安全、穩定地發電，必須配置系統控制單元，以實現燃料電池組與各個功能單元的協凋工作。
