现在的问题是不存在这样的材料，至少其性能不足以使燃料电池正常工作。具有高质子传导性的最佳隔板是聚合物膜。现在也有几家公司能够生产质子交换膜燃料电池，不过价格很高，而且寿命仍然十分有限。为了获得足够的质子传导率，膜的使用温度需控制在50～80℃。采用这种类型的燃料电池作为电源，可以实现从1W至最高100kW左右的功率供给。车辆的车载系统和各种移动设备的供电电源是这种燃料电池的主要应用目标。......
2025-09-29
质子交换膜燃料电池工作原理全解析|新能源汽车概论
【摘要】：质子交换膜燃料电池基本工作原理相当于电解水反应的逆过程，聚合物电解质交换膜夹在两个电极之间，交换膜只允许氢质子发生迁移作用而不对电子提供流动的通道。氢离子以水合质子H+的形式，在质子交换膜中从一个硫横基转移到另一个硫横基，最后到达阴极，实现质子的传递。图6-2-3质子交换膜燃料电池工作原理为了使该反应能持续进行下去，阳极产生的电子必须通过外部电路流向阴极，而质子在电迁移作用下通过质子交换膜。
质子交换膜燃料电池基本工作原理相当于电解水反应的逆过程，聚合物电解质交换膜夹在两个电极（阳极和阴极）之间，交换膜只允许氢质子发生迁移作用而不对电子提供流动的通道。随着电化学反应的持续进行，电子在交换膜两侧迅速生成浓度差，这些电子通过连接两个电极的闭合回路从阳极流向阴极，形成持续的电流。
在阳极催化剂的作用下，氢气解析为氢离子和电子。氢离子以水合质子H+的形式，在质子交换膜中从一个硫横基转移到另一个硫横基，最后到达阴极，实现质子的传递。反应式为：
质子交换膜只允许离子H+穿过，而电子被外部电路的负载所收集，形成可以使用的电流来做有效功，最后再到达阴极与扩散通过交换膜的氧离子和氧气结合起来，形成产物水。反应式为：
总的电池反应式为：(https://www.chuimin.cn)
反应产物水要清除掉，以防止电池“水淹现象”影响正常工作。此外，未使用的氢气和氧气都分别通过电池的阳极和阴极出口排放出去，如图6-2-3 所示。
图6-2-3 质子交换膜燃料电池工作原理
为了使该反应能持续进行下去，阳极产生的电子必须通过外部电路流向阴极，而质子在电迁移作用下通过质子交换膜。单个燃料电池反应大约产生0.7 V 的输出电压。在实际应用中，需要把多个燃料电池串联起来，组成一个燃料电池堆，彼此电压因串联相加可以得到所需的电压。
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