質子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為傳遞H+的介質，只允許H+通過，而H2失去的電子則從導線通過。工作時相當于一直流電源，陽極即電源負極，陰極即電源正極。下面一起來了解下質子交換膜燃料電池的相關知識。
質子交換膜燃料電池反應方程式
從本質上說，PEMFC是電解水的一個「逆」裝置。電解水過程是利用外加電源使水發生電解，從而產生氫和氧；然而，燃料電池則是氫和氧發生電化學反應產生水，同時生產出電的過程。
所以燃料電池的結構特征與電解水裝置是如出一轍的，它主要由陽極、陰極、電解質和外部電路組成。
PEMFC中陽極為氫電極，陰極為氧電極，陰陽極都含有一定量用來加速電極上發生電化學反應的催化劑，兩極之間以質子交換膜作為電解質。
當氫氣與氧氣分別通入陽極和陰極時，進入陽極的氫氣在催化劑作用下離化成氫離子和電子；電子經外電路轉移到陰極，氫離子則經質子交換膜到達陰極；陰極的氧氣與氫離子及電子反應生成水分子，其中產生的水不會稀釋電解質，卻是隨著尾氣通過電極排出。
因此，PEMFC的電化學反應為：2H2 O2→2H2O
質子交換膜燃料電池的優點
1、發電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環的限制，能量轉換率高。
2、發電時不產生污染。
3、發電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便。
4、工作時沒有噪音。
質子交換膜燃料電池發展瓶頸
1、成本問題
PEMFC的成本問題是多方面引起的，首先，由于其工作條件是強酸性環境，必須使用昂貴的Pt作為催化劑；其次，現今使用較多的電解質膜是性能好的商業Nafion膜，這就極大提高了PEMFC的生產成本。
2、氫源問題
PEMFC最理想的燃料是純氫，但氫氣是最輕的氣體，其儲存和運輸不易。
3、壽命問題
目前很多實驗室研究PEMFC發現可達10000h，而實際應用到汽車上時，其壽命直線縮減，使用壽命有待提高。
質子交換膜燃料電池應用前景
質子交換膜燃料電池發電作為新一代發電技術，其廣闊的應用前景可與計算機技術相媲美。經過多的基礎研究與應用開發，質子交換膜燃料電池用作汽車動力的研究已取得實質性進展，微型質子交換膜燃料電池便攜電源和小型質子交換膜燃料電池移動電源已達到產品化程度，中、大功率質子交換膜燃料電池發電系統的研究也取得了一定成果。由于質子交換膜燃料電池發電系統有望成為移動裝備電源和重要建筑物備用電源的主要發展方向，因此有許多問題需要進行深入的研究。就備用氫能發電系統而言，除質子交換膜燃料電池單電池、電堆質量、效率和可靠性等基礎研究外，其應用研究主要包括適應各種環境需要的發電機集成制造技術， 質子交換膜燃料電池發電機電氣輸出補償與電力變換技術，質子交換膜燃料電池發電機并聯運行與控制技術，備用氫能發電站制氫與儲氫技術，適應環境要求的空氣(氧氣)供應技術，氫氣安全監控與排放技術，氫能發電站基礎自動化設備與控制系統開發，建筑物采用質子交換膜燃料電池氫能發電電熱聯產聯供系統，以及質子交換膜燃料電池氫能發電站建設技術等等。采用質子交換膜燃料電池氫能發電將大大提高重要裝備及建筑電氣系統的供電可靠性，使重要建筑物以市電和備用集中柴油電站供電的方式向市電與中、小型質子交換膜燃料電池發電裝置、太陽能發電、風力發電等分散電源聯網備用供電的靈活發供電系統轉變，極大地提高建筑物的智能化程度、節能水平和環保效益。
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