未來的能源系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成能夠應(yīng)對(duì)氣候變化，以及應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的能源需求以及日益增長(zhǎng)的世界人口的交通和能源需求等社會(huì)挑戰(zhàn)。燃料電池可能是這個(gè)難題的重要組成部分。

燃料電池技術(shù)的潛力令人信服，氫作為整個(gè)能源系統(tǒng)中的存儲(chǔ)介質(zhì)也是如此。使用和推廣該技術(shù)的強(qiáng)烈論據(jù)是高可靠性、可擴(kuò)展性以及使用可再生能源的能力。

憑借其模塊化設(shè)計(jì)，燃料電池系統(tǒng)可輕松適應(yīng)輸出功率與需求的匹配，其低維護(hù)要求和低運(yùn)行成本也使其具有吸引力。此外，燃料電池技術(shù)已準(zhǔn)備好推向市場(chǎng)并適合商業(yè)用途�？焖侔l(fā)展的市場(chǎng)為零排放燃料電池技術(shù)提供了良好的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

燃料電池如何工作

與內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池的工作方式有所不同。它們將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，然后可用于驅(qū)動(dòng)越來越多的電氣系統(tǒng)。這種轉(zhuǎn)換比內(nèi)燃機(jī)更有效，因?yàn)槭∪チ顺Ｒ?guī)能量轉(zhuǎn)換器（熱機(jī)）所需的中間熱機(jī)械步驟。

當(dāng)所使用的燃料是可再生產(chǎn)生的氫氣時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生最大的加分值，因?yàn)樗�可使污染物和�?duì)氣候造成破壞的氣體排放量都減少到零。這樣，燃料電池具有巨大的潛力，可以成為推進(jìn)和能源系統(tǒng)脫碳的必要技術(shù)組件。

低溫質(zhì)子交換膜燃料電池或PEM（有時(shí)稱為聚合物電解質(zhì)膜燃料電池）目前代表著最合適的技術(shù)，用于開發(fā)和發(fā)展羅爾斯·羅伊斯動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品組合。這種低溫燃料電池具有很高的功率密度，即使是很小的單元也可以實(shí)現(xiàn)可觀的輸出。

低溫燃料電池的最高工作溫度約為100攝氏度，對(duì)材料和人員的危害最小，而高溫燃料電池則可達(dá)到250攝氏度至1,000攝氏度。與其他類型的PEM相比，PEM具有良好的負(fù)載跟蹤特性，因此它可以在幾秒鐘內(nèi)響應(yīng)電源需求的變化。

緊湊型PEM燃料電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其非常高的電效率。它們通常使用氫燃料作為燃料。但是，它們可以使用多種烴類燃料（例如甲醇，柴油或天然氣）運(yùn)行。這是通過使用眾所周知的重整技術(shù)將燃料轉(zhuǎn)化為氫氣來實(shí)現(xiàn)的。這為PEM燃料電池提供了非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

PEM燃料電池是一種原電池，可以使燃料和氧化劑（通常是空氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生電和廢氣（圖1）。它運(yùn)行安靜，沒有太多的振動(dòng)。類似于電池，燃料電池也產(chǎn)生直流電壓。然而，與電池不同，燃料電池需要恒定的燃料和氧化劑流入。

對(duì)于PEM燃料電池，化學(xué)過程發(fā)生在電極（陽(yáng)極和陰極）之間，其中正離子（質(zhì)子）從陽(yáng)極遷移到陰極，并且電子通過電從陽(yáng)極向外傳導(dǎo)到陰極導(dǎo)體。該過程的產(chǎn)物是可以提取和使用的電能。電極涂有鉑或鈀催化劑，并通過電解質(zhì)彼此隔開。沒有催化劑，氫和氧將不會(huì)發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生熱量和電能。電解質(zhì)由離子導(dǎo)電膜組成，重要的是該膜對(duì)于質(zhì)子而言是可滲透的，而對(duì)于電子而言則不可滲透。