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1.2 燃料电池概述
燃料电池是将反应物的化学能直接转化为电能的一种高效、清洁的能量转化装置, 它是按电化学原理, 即原电池工作原理, 等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,其基本结构与一般的化学电源相同，主要是由阴极、阳极和电解质构成，其电极本身具备催化和集流的作用。因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成： 阳极、阴极、电解质和外部电路。理论上只要连续供给燃料, 燃料电池便能持续发电, 它已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术[17]。燃料电池有如下优点:
、环境污染小。燃料电池以富氢气体做为燃料时, 二氧化碳的排放量比热机过程减少40% 以上, 这有利于缓解地球的温室效应。由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫, 而且按电化学原理发电, 没有高温燃烧过程, 因此几乎不排放氮和硫的氧化物, 减轻了对大气的污染。另外,燃料电池具有结构简单, 运动部件少的特点,所以工作时噪声也很低。
、发电效率高。它直接将燃料具备的化学能转化为电能，不需要像热机那样经过燃烧过程。目前燃料电池系统的转化效率在45％~60％，如果采用热电联用系统，其效率更加高。而其他形式的能量转化效率及发电效率无法与之相比。
、燃料范围广，易于建设。对于燃料电池而言, 只要含有氢原子的物质都可以作为燃料, 例如天然气、石油、煤炭等化石产物, 或是沼气、酒精、甲醇等, 因此燃料电池非常符合能源多样化的需求, 可减缓主流能源的耗竭。同时，燃料电池具有组装式结构, 安装文修方便, 不需要很多辅助设施。燃料电池电站的设计和制造相当方便。
、负荷调节灵活, 可靠性高。当燃料电池的负载有变动时, 它会很快响应。无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行, 它都能承受且效率变化不大。由于燃料电池的运行高度可靠, 可作为各种应急电源和不间断电源使用。
与此同时，燃料电池依然存在着一些不足和劣势，阻碍其进入大规模的商业化应用：
、燃料电池成本偏高。对于低温燃料电池使用的贵金属催化剂和离子交换膜成本较高，同时，高温使用的燃料电池其组件的使用要求较高，成本也相应提升。
、反应性能存在问题。燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎。反应性可藉增加电极活性、提高操作温度及反应控制参数来达到，但提高稳定性则必须避免副反应的发生。反应性与稳定性常是不可兼得。
、碳氢燃料无法直接利用。除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料均需经过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，才可以供燃料电池利用。这样大大增加了设备的投资额。
、燃料供给困难。特别是使用氢气作为电池的燃料，氢气的运输存储工作比较困难，相应的氢燃料供给站还需要建设，极大阻碍了电池的使用。目前的储氢方法可以实现的储氢容量不高，从很大程度上制约了燃料电池高能量密度的实现。如果使用煤气或者其他非氢气气体燃料，还需要对燃料进行重整，加大了成本的投入[18]。