How does Fuel Cell work ?
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來源： 儲能電池
PEMFC質子交換膜燃料電池
質子交換膜燃料電池（PEMFC），使用水基的酸性聚合物膜作為其電解質，具有鉑基電極。PEMFC電池在相對低的溫度（低於100攝氏度）下操作並且可以訂制電輸出以滿足動態功率需求。
由於相對低的溫度和使用基於貴金屬的電極，這些電池必須在純氫氣下操作。PEMFC電池是目前用於輕型車輛和材料處理車輛的領先技術，並且在較小程度上用於固定和其它應用。PEMFC燃料電池有時，也稱為聚合物電解質膜燃料電池（也稱為PEMFC）。
氫燃料在陽極處被處理，其中電子與鉑基催化劑的表面上的質子分離。質子透過膜到達電池的陰極側，同時電子在外部電路中行進，產生電池的電輸出。
在陰極側，另一個貴金屬電極將質子和電子與氧氣結合以產生水，其作為唯一的廢物排出；氧可以以純化形式提供，或者在電極處直接從空氣中提取。
在升高的溫度下操作的PEMFC的變體，被稱為高溫PEMFC（HTPEMFC）。透過將電解質，從水基改變為基於礦物酸的系統，HTPEMFC可以在高達200攝氏度下操作。這克服了關於燃料純度的一些當前限制，其中HTPEMFC能夠處理含有少量一氧化碳（CO）的重整產物。還可以透過消除加濕器來簡化設備的平衡。
HTPEMFCs不優於低溫PEMFC；兩種技術都在其優勢所在的地方找到了利基。下表總結了兩種PEMFC變量之間的差異：
DMFC直接甲醇燃料電池
直接甲醇燃料電池（DMFC），是一套相對較新的燃料電池技術；它是在20世紀90年代，由美國的幾個機構的研究人員發明和開發的，包括NASA和噴氣推進實驗室。
它類似於PEM電池，因為它使用聚合物膜作為電解質。然而，DMFC陽極上的鉑-釕催化劑，能夠從液體甲醇中吸收氫，消除了對燃料重整器的需要。因此純甲醇可以用作燃料，因此名稱。
甲醇作為燃料提供了幾個優點。它是便宜的，但具有相對高的能量密度，並且可以容易地運輸和儲存。其可以從可以保持充滿的儲液器，或者在可以在使用時，快速更換的盒中，供應到燃料電池單元。
DMFC在60℃至130℃的溫度範圍內工作，並且傾向於用於具有適度功率要求的應用，例如行動電子設備、充電器和便攜式電源組。
在各個國家中看到，商業牽引的DMFC的一個特定應用，是用於材料搬運車輛的DMFC動力單元的使用。許多這些單元已經銷售到商業倉庫，其中叉車通常用電池組供電。透過切換到燃料電池，倉庫可以在幾分鐘內為其卡車加油，與為電池充電所需的時間相比。燃料電池還消除了對倉庫內的電池充電基礎設施的需要，從而使得更多的佔地面積可用於其他用途。
SOFC固體氧化物燃料電池
固體氧化物燃料電池，在非常高的溫度下工作，所有燃料電池類型中的最高溫度在大約800℃至1000℃。在將燃料轉化為電能時，它們的效率可以超過60％；如果他們產生的熱也被利用，它們將燃料轉化為能量的總效率，可以超過80％。
SOFC使用固體陶瓷電解質，例如用氧化釔穩定的氧化鋯，而不是液體或膜。它們的高工作溫度，意味著燃料可以在燃料電池本身內重整，消除了對外部重整的需要，並允許單元與各種烴燃料一起使用。與其它類型的燃料電池相比，它們還相對耐燃料中的少量硫，因此可以與煤氣一起使用。
高操作溫度的另一個優點，是改善了反應動力學，消除了對金屬催化劑的需要。然而，高溫存在一些缺點：這些電池需要更長的啓動和達到操作溫度，它們必須由堅固的耐熱材料構造，並且它們必須被屏蔽，以防止熱損失。
SOFC有三種不同的SOFC幾何形狀：平面、共面和微管。在平面設計中，組件被組裝成平坦堆疊，其中空氣和氫，傳統上透過內置於陽極和陰極中的通道流過單元。
在管狀設計中，空氣被供應到延長的固體氧化物管（其在一端密封）的內部，同時燃料圍繞管的外部流動。管本身形成陰極，並且電池組件圍繞管構造成層。
SOFC廣泛地用於大型和小型固定發電：平面型發電應用於例如Bloom Energy的100千瓦離網發電機，和具有幾千瓦輸出的SOFC，正在測試用於較小的熱電聯產應用，例如家用組合熱和功率（CHP）。輸出功率範圍內的微管狀SOFC，也正在為小型便攜式充電器開發。
鹼性燃料電池AFC
鹼性燃料電池（AFC）是將要開發的，第一種燃料電池技術之一，並且最初由NASA用於空間計劃中，以在航太器上產生電和水。在整個計劃期間，美國太空總署繼續使用太空梭，同時還有少量商業應用。
AFCs在水中使用鹼性電解質如氫氧化鉀，並且通常用純氫燃料。第一AFC在100℃和250℃之間操作，但是典型的操作溫度現在約70℃。作為低操作溫度的結果，不需要在系統中使用鉑催化劑，而是可以使用各種非貴金屬作為催化劑，以加速在陽極和陰極處發生的反應。鎳是AFC單元中最常用的催化劑。
由於化學反應發生的速率，這些電池提供相對，高的燃料對電轉化效率，在一些應用中高達60％。
熔融碳酸鹽燃料電池MCFC
熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）使用懸浮在多孔陶瓷基體中的熔融碳酸鹽作為電解質。通常使用的鹽包括碳酸鋰，碳酸鉀和碳酸鈉。
它們在高溫，約650℃下操作，並且具有與此相關的幾個優點。首先，高操作溫度顯著提高反應動力學，因此不需要用貴金屬催化劑提高這些。
較高的溫度，還使得電池比較低溫度的系統，不容易發生一氧化碳中毒。因此，MCFC系統可以在各種不同的燃料（包括煤衍生的燃料氣體，甲烷或天然氣）上操作，消除了對外部重整器的需要。
與MCFC單元相關的缺點，源於使用液體電解質而不是固體，並且需要在陰極處注入二氧化碳，因為碳酸根離子，在陽極發生的反應中被消耗。還存在高溫腐蝕，和電解質的腐蝕性質的一些問題，但是現在可以控制這些問題，以實現實際的壽命。
MCFC用於大型固定發電。大多數燃料電池發電廠的兆瓦容量使用MCFC，大型熱電聯產（CHP）和聯合冷卻和電力（CCP）工廠。這些燃料電池可以以高達60％的燃料電轉化效率工作，並且在還利用過程熱的CHP或CCP應用中，整體效率可以超過80％。
磷酸燃料電池PAFC
磷酸燃料電池（PAFC）由陽極和陰極組成，陽極和陰極由在碳上的精細分散的鉑催化劑，和保持磷酸電解質的碳化矽結構製成。
它們相當耐一氧化碳中毒，但在生產電力方面，往往比其他燃料電池類型，具有更低的效率。然而，這些電池在約180℃的適度高溫下操作，並且如果該過程熱用於熱電聯產，則總效率可以超過80％。
這種類型的燃料電池用於具有100kW至400kW範圍的輸出的固定式發電機中，以為世界上的許多商業場所提供動力，並且它們也在大型車輛（例如公共汽車）中得到應用。在2001年之前出售的大多數燃料電池單元，使用PAFC技術。
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