能源材料第八讲燃料电池.ppt

1、第八讲第八讲 燃料电池燃料电池胡友根胡友根南昌大学材料学院南昌大学材料学院一、引言一、引言1.1.概念概念 燃料电池是一种能连续地把燃燃料电池是一种能连续地把燃料的化学能通过电极反应直接变成料的化学能通过电极反应直接变成电能的装置。电能的装置。电能需要通过某种能量转换过电能需要通过某种能量转换过程由初级能源转换而来。程由初级能源转换而来。常规的能量转换过程（除水常规的能量转换过程（除水力发电外）均包含热能转换成机力发电外）均包含热能转换成机械能的过程。械能的过程。热机过程度效率受卡诺循环热机过程度效率受卡诺循环（热力学第二定律）的限制，整（热力学第二定律）的限制，整个过程的效率不可能超过个过程

2、的效率不可能超过5050燃燃料电池不以热机方式工作。料电池不以热机方式工作。可以被看作是一种连续供给燃可以被看作是一种连续供给燃料的蓄电池。它把燃料中的化学能料的蓄电池。它把燃料中的化学能直接转换成电能，电极反应等温进直接转换成电能，电极反应等温进行，不受卡诺循环的限制。燃料转行，不受卡诺循环的限制。燃料转换效率高，可达换效率高，可达50508080。普通蓄电池把电能以化学能普通蓄电池把电能以化学能的形式贮存在电极材料中，其容的形式贮存在电极材料中，其容量由电极的大小与重量决定。量由电极的大小与重量决定。燃料电池的燃料贮存在电池外，燃料电池的燃料贮存在电池外，需要时把燃料供给电极，并在电需要时

3、把燃料供给电极，并在电极上发生电化学反应，输出电能。极上发生电化学反应，输出电能。电极本身只是反应物反应当载体。电极本身只是反应物反应当载体。燃料电池的容量由其外部储存燃料电池的容量由其外部储存燃料的多少来决定。燃料的多少来决定。燃料电池的输出功率仅与其燃料电池的输出功率仅与其电极的大小有关。电极的大小有关。燃料电池不是能量贮存装置，燃料电池不是能量贮存装置，而是一种新型的能量转换装置。而是一种新型的能量转换装置。2.2.燃料电池的发展历史燃料电池的发展历史 18391839年，年，W.R.GroveW.R.Grove第一次进行第一次进行了燃料电池实验。用这种以铂黑为了燃料电池实验。用这种以铂

4、黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。点亮了伦敦讲演厅的照明灯。19 19世纪末，二十世纪初，世纪末，二十世纪初，W.H.NernstW.H.Nernst和和F.HaberF.Haber对碳的直接氧化对碳的直接氧化式燃料电池进行了许多研究工作，由式燃料电池进行了许多研究工作，由于材料问题没有解决而受挫。于材料问题没有解决而受挫。能斯特（能斯特（W.H.Nernst）最早）最早(1899年年)研研究了究了 ZrO2-Y2O3固溶体的导电性。固溶体的导电性。1909年，德国化工专家哈伯（年，德国化工专家哈伯（FHaber）发现锇催化剂，取得了前所

5、未有的成发现锇催化剂，取得了前所未有的成 绩，绩，然而锇是贵重金属，给合成氨的普及带来困然而锇是贵重金属，给合成氨的普及带来困难。难。第一次世界大战后至五十年代，第一次世界大战后至五十年代，主要仍研究碳的直接氧化式燃料主要仍研究碳的直接氧化式燃料电池，研究不是很多。电池，研究不是很多。五十年代后期，由于宇航事五十年代后期，由于宇航事业的兴起，促进了燃料电池的迅业的兴起，促进了燃料电池的迅速发展。速发展。19591959年，英国剑桥大学年，英国剑桥大学的的BaconBacon用高压氢氧制成了具有实用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池。用功率水平的燃料电池。1966 1966年，美国的空间飞

6、行器开年，美国的空间飞行器开始成功应用氢氧燃料电池作为辅助始成功应用氢氧燃料电池作为辅助电源，比如电源，比如“阿波罗阿波罗”飞船。飞船。六十年代末，在燃料电池转六十年代末，在燃料电池转入地面应用的尝试中，其存在的价入地面应用的尝试中，其存在的价格高，寿命短的问题突出，阻碍了格高，寿命短的问题突出，阻碍了它的发展。它的发展。上世纪五十、六十年代，电极上世纪五十、六十年代，电极动力学的发展促进了实用型燃料电动力学的发展促进了实用型燃料电池的发展。随着与之相关的电化学池的发展。随着与之相关的电化学方法和工程技术的进步，燃料电池方法和工程技术的进步，燃料电池同其他电源在经济和技术方面的竞同其他电源在经

7、济和技术方面的竞争能力日益增强。争能力日益增强。七十年代初，国际性能源危七十年代初，国际性能源危机出现，使人们认识到能源依赖机出现，使人们认识到能源依赖化石燃料是十分危险的。必须尽化石燃料是十分危险的。必须尽快探索代用能源，于是燃料电池快探索代用能源，于是燃料电池地面发电又引起了人们的注意，地面发电又引起了人们的注意，开发了多种燃料电池，其中作为开发了多种燃料电池，其中作为成功的是磷酸电解质燃料电池。成功的是磷酸电解质燃料电池。进入二十世纪七十年代以来，进入二十世纪七十年代以来，人们对于全球变暖逐渐形成了共人们对于全球变暖逐渐形成了共识。开发洁净能源成为研究的一识。开发洁净能源成为研究的一个重

8、点。个重点。燃料电池具有能源转换效率燃料电池具有能源转换效率高，清洁的优点成为重点研究对高，清洁的优点成为重点研究对象之一。象之一。我国早在我国早在7070年代便开始进行燃料电年代便开始进行燃料电池的研究。池的研究。9090年代以来，在国家自然科年代以来，在国家自然科学基金委、国家科技部和中科院的支持学基金委、国家科技部和中科院的支持下，中国科学院大连化学与物理研究所下，中国科学院大连化学与物理研究所（大连化物所）作为牵头单位，进行了（大连化物所）作为牵头单位，进行了多种燃料电池的研究，并取得了重大进多种燃料电池的研究，并取得了重大进展。在燃料电池研发开发领域中，我国展。在燃料电池研发开发领域

9、中，我国已拥有全世界专利中的已拥有全世界专利中的1/4z1/4z左右，国左右，国产燃料电池还将在产燃料电池还将在20052005年同国外品牌年同国外品牌竞标，争夺装备北京奥运会绿色环保车竞标，争夺装备北京奥运会绿色环保车队的商机。队的商机。中国科学院大连化物所承担的中国科学院大连化物所承担的国家国家“九五课题九五课题”“5“510KW10KW质质子交换膜燃料电池组子交换膜燃料电池组”日前通过了日前通过了中科院组织的专家鉴定。此前，我中科院组织的专家鉴定。此前，我国第一台具有自主知识产权的质子国第一台具有自主知识产权的质子交换膜燃料电池电动汽车研制成功。交换膜燃料电池电动汽车研制成功。这标志着我

10、国自主开发研制的燃料这标志着我国自主开发研制的燃料电池属于世界首创，并已达到国际电池属于世界首创，并已达到国际先进水平，部分技术达到国际领先先进水平，部分技术达到国际领先水平。水平。我国首台燃料电池汽车在湖北我国首台燃料电池汽车在湖北省十堰市试车成功。这台车上使用省十堰市试车成功。这台车上使用的燃料电池是辽宁省大连化物所研的燃料电池是辽宁省大连化物所研制的、具有独家知识产权的产品。制的、具有独家知识产权的产品。而采用质子交换膜燃料电池技术组而采用质子交换膜燃料电池技术组装的装的1kW1kW电池系统的远程水下机器人电池系统的远程水下机器人也已下水。总之，我国的研究水平也已下水。总之，我国的研究水

11、平处于世界前列。处于世界前列。3.3.燃料电池的用途燃料电池的用途 1 1）空间电源，）空间电源，2 2）便携式发电机组，）便携式发电机组，3 3）电动汽车，）电动汽车，4 4）铁路，舰船等，）铁路，舰船等，5 5）电站，）电站，6 6）医学。）医学。优点：优点：1.1.转换效率高，能源转效率不受转换效率高，能源转效率不受卡诺循环限制，比其他能量转换方卡诺循环限制，比其他能量转换方式高得多。式高得多。2.2.与其他能量转换装置相比，操与其他能量转换装置相比，操作更为简便，而且效率与负荷无关。作更为简便，而且效率与负荷无关。3.3.燃料电池运行时比较安静。使燃料电池运行时比较安静。使用清洁，基本

12、上没有污染，具有良用清洁，基本上没有污染，具有良好的环境保护特性。好的环境保护特性。4.4.可在较宽的温度范围内工作，中温可在较宽的温度范围内工作，中温和高温燃料电池的废热还可以回收利用，和高温燃料电池的废热还可以回收利用，从而提高了能源的综合利用率。从而提高了能源的综合利用率。5.5.建设比较灵活。即可以设计大型燃建设比较灵活。即可以设计大型燃料电池发电厂，又可以发展小型，甚至料电池发电厂，又可以发展小型，甚至微型燃料电池。燃料电池具有积木化的微型燃料电池。燃料电池具有积木化的特点，可以根据输出功率或电压的要求特点，可以根据输出功率或电压的要求选择电池单体的数量和组合方式。选择电池单体的数量

13、和组合方式。一般燃料电池单体电压在一般燃料电池单体电压在1V1V左右，在实左右，在实际应用中，可以把若干个电池单体串联际应用中，可以把若干个电池单体串联在一起。成为燃料电池组或电池堆。在一起。成为燃料电池组或电池堆。6.6.对燃料适应性强，可以使用多种燃对燃料适应性强，可以使用多种燃料。料。缺点：缺点：1.1.成本较高，使用寿命较短。在过成本较高，使用寿命较短。在过去去1010年，燃料电池催化剂的成本已年，燃料电池催化剂的成本已降到原来的二十分之一，使燃料电降到原来的二十分之一，使燃料电池可与普通能源相竞争。并且成本池可与普通能源相竞争。并且成本还可进一步降低至五分之一。催化还可进一步降低至五

14、分之一。催化剂成本降低和改进聚合物膜的性能，剂成本降低和改进聚合物膜的性能，以及燃料电池体系整体开发的进展，以及燃料电池体系整体开发的进展，已经提高了燃料电池的性能并进一已经提高了燃料电池的性能并进一步降低了产生能量的成本。步降低了产生能量的成本。2.2.需要一些复杂的辅助系统。需要一些复杂的辅助系统。三、燃料电池的组成三、燃料电池的组成燃料电池将燃料通过电极反应输出电能。燃料电池将燃料通过电极反应输出电能。它主要由以下主要部件组成。它主要由以下主要部件组成。1.1.负极（燃料电极）：为燃料和电解质负极（燃料电极）：为燃料和电解质提供公有的界面，并对燃料的氧化产生提供公有的界面，并对燃料的氧化

15、产生催化作用，同时把反应中产生的电子传催化作用，同时把反应中产生的电子传输到外电路。输到外电路。2.2.正极：为氧等反应物和电解质提供公正极：为氧等反应物和电解质提供公有界面，并对氧的还原产生催化作用。有界面，并对氧的还原产生催化作用。同时还能从外电路向氧电极传输电子。同时还能从外电路向氧电极传输电子。电极需具有良好的导电性和催化活性。电极需具有良好的导电性和催化活性。3.3.电解质：输送燃料电极和正极在电极电解质：输送燃料电极和正极在电极反应中所产生的离子。反应中所产生的离子。4.4.隔膜：阻止电子在电极间直接传递。隔膜：阻止电子在电极间直接传递。隔离两电极反应物质。隔离两电极反应物质。5.

16、5.燃料：燃料电池用的燃料主要有四燃料：燃料电池用的燃料主要有四种：氢、清洁烃、甲醇、乙醇。种：氢、清洁烃、甲醇、乙醇。6.6.氧化剂：空气，纯氧，过氧化氢等。氧化剂：空气，纯氧，过氧化氢等。7.7.辅助系统：燃料电池工作所必须。辅助系统：燃料电池工作所必须。如燃料和氧化剂的供给系统、排水系如燃料和氧化剂的供给系统、排水系统、自动控制系统等。统、自动控制系统等。四、燃料电池的分类四、燃料电池的分类 燃料电池的品种较多，其分类方法燃料电池的品种较多，其分类方法也各异，可以按燃料特性、工作温度、也各异，可以按燃料特性、工作温度、电解质类型及结构特征进行燃料电池电解质类型及结构特征进行燃料电池的分类

17、。的分类。1.1.按电解质类型分按电解质类型分 碱性燃料电池（碱性燃料电池（AFCAFC）；）；磷酸型燃料电池（磷酸型燃料电池（PAFCPAFC）；）；熔融碳酸盐燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池（MCFCMCFC）；）；固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池（SOFCSOFC）；）；质子交换膜燃料电池（质子交换膜燃料电池（PEMFCPEMFC）等。）等。2.2.按燃料的来源分按燃料的来源分 1 1）直接式燃料电池，其燃料直接进）直接式燃料电池，其燃料直接进行氧化反应。如用氢、一氧化碳、含氮行氧化反应。如用氢、一氧化碳、含氮化合物。化合物。2 2）间接式燃料电池，其燃料不是直）间接式燃料电池，其燃料

18、不是直接进行氧化反应，而是通过某种方法接进行氧化反应，而是通过某种方法（如通过蒸气重整或生物化学方法）把（如通过蒸气重整或生物化学方法）把某种化合物转变为氢或含氢的混合气体。某种化合物转变为氢或含氢的混合气体。3 3）再生式燃料电池，燃料电池反应）再生式燃料电池，燃料电池反应生成的水，通过某种方法分解成氢和氧，生成的水，通过某种方法分解成氢和氧，再把氢和氧重新通入燃料电池堆中发电。再把氢和氧重新通入燃料电池堆中发电。3.3.按工作温度分按工作温度分 按工作温度的高低，分成高温、中按工作温度的高低，分成高温、中温、低温三种类型。工作温度在温、低温三种类型。工作温度在750 750 以上称为高温燃

19、料电池。以上称为高温燃料电池。200200750 750 为中温燃料电池。低于为中温燃料电池。低于200 200 为低温为低温燃料电池。燃料电池。碱性燃料电池（碱性燃料电池（AFCAFC，工作温度为，工作温度为100100）、固体高分子型质子膜燃）、固体高分子型质子膜燃料电池（料电池（PEMFCPEMFC，也称为质子膜燃，也称为质子膜燃料电池，工作温度为料电池，工作温度为100100以内）以内）和磷酸型燃料电池（和磷酸型燃料电池（PAFCPAFC，工作，工作温度为温度为200200）称为低温燃料电池。）称为低温燃料电池。把熔融碳酸盐型燃料电池（把熔融碳酸盐型燃料电池（MCFCMCFC，工作温度

20、为工作温度为650650）称为中温燃料）称为中温燃料电池。电池。固体氧化物型燃料电池固体氧化物型燃料电池（SOFCSOFC，工作温度为，工作温度为10001000）称）称为高温燃料电池，并且高温燃料为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。进行联合开发的燃料电池。4.4.按发展年代来划分按发展年代来划分 把磷酸型燃料电池把磷酸型燃料电池PAFCPAFC称为第称为第一代燃料电池，把熔融碳酸盐型一代燃料电池，把熔融碳酸盐型燃料电池燃料电池MCFCMCFC称为第二代燃料电称为第二代燃料电池，把固体氧化物型燃料电池池，把固体氧化物型燃料

21、电池SOFCSOFC称为第三代燃料电池。这些称为第三代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作为其发电电池均需用可燃气体作为其发电用的燃料。用的燃料。五、燃料电池的工作原理五、燃料电池的工作原理 燃料电池发电系统的心脏是燃料燃料电池发电系统的心脏是燃料电池单体，支配燃料电池单体性能的电池单体，支配燃料电池单体性能的是电化学热力学和电极过程动力学。是电化学热力学和电极过程动力学。不管是直接的、间接的，还是再不管是直接的、间接的，还是再生式燃料电池，初级燃料可能多种多生式燃料电池，初级燃料可能多种多样，但最终参与反应的燃料和氧化剂样，但最终参与反应的燃料和氧化剂大多是氧和氢。大多是氧和氢。基本氢氧燃料电

22、池示意图：基本氢氧燃料电池示意图：1.1.酸性电解质氢氧燃料电池电极反应酸性电解质氢氧燃料电池电极反应氢在燃料电极有催化剂的一面离解，生成氢氢在燃料电极有催化剂的一面离解，生成氢离子和电子：离子和电子：H H2 2HH2e2e氢离子通过电解液和气体阻挡层传输到氧电氢离子通过电解液和气体阻挡层传输到氧电极催化剂表面极催化剂表面电子通过外电路进入氧电极的催化层电子通过外电路进入氧电极的催化层氢离子、电子和氧在氧电极表面上生成水氢离子、电子和氧在氧电极表面上生成水 2H2H1/2O1/2O2 22eH2eH2 2O O总反应：总反应：H H2 21/2H1/2H2 2OHOH2 2O O酸性氢氧燃料

23、电池反应。酸性氢氧燃料电池反应。2.2.碱性氢氧燃料电池反应碱性氢氧燃料电池反应氢在燃料电极有催化剂的一面发生反应，氢在燃料电极有催化剂的一面发生反应，生成水分子和电子：生成水分子和电子：H H2 22OHH2OHH2 2O O2e2e电子通过外电路进入氧电极的催化层。电子通过外电路进入氧电极的催化层。氧在正极的催化层表面接受电子与水反氧在正极的催化层表面接受电子与水反应生成氢氧根离子：应生成氢氧根离子：1/2O1/2O2 2H H2 2O O2e2OH2e2OH-氢氧根离子通过电解液和气体阻挡层传氢氧根离子通过电解液和气体阻挡层传输到氢电极催化剂的表面。输到氢电极催化剂的表面。总反应：总反应

24、：H H2 21/2O1/2O2 2HH2 2O O碱性燃料电池反应。碱性燃料电池反应。3.3.总结总结 1 1）不管何种电解液，负极放出电）不管何种电解液，负极放出电子，正极接受电子；子，正极接受电子；2 2）对于酸性电解液，氢离子从负）对于酸性电解液，氢离子从负极向正极移动；而在碱性电解液中，极向正极移动；而在碱性电解液中，是氢氧根离子从正极向负极移动；是氢氧根离子从正极向负极移动；3 3）氧化还原反应分别在两电极上进）氧化还原反应分别在两电极上进行，其反应速度与燃料和氧化剂的种行，其反应速度与燃料和氧化剂的种类、催化剂的种类以及反应温度有关；类、催化剂的种类以及反应温度有关；4 4）电解

25、质本身不消耗，只是用来输）电解质本身不消耗，只是用来输送电子，但在有电流通过时其对电池送电子，但在有电流通过时其对电池的内阻有一定的影响；的内阻有一定的影响；4.4.气体电极气体电极燃料电池的电极反应均在电极表面进燃料电池的电极反应均在电极表面进行，所用电极若为表面光滑的电极，行，所用电极若为表面光滑的电极，其与电解质的接触表面积有限，应尽其与电解质的接触表面积有限，应尽量扩大反应物与电极的接触面积。量扩大反应物与电极的接触面积。为了增机气体、电极和电解液的相互为了增机气体、电极和电解液的相互接触面，发展了多孔电极，增强气、接触面，发展了多孔电极，增强气、液。固三相界面的数量。液。固三相界面的

26、数量。如何维持稳定的三相界面？如何维持稳定的三相界面？在燃料电池中实际采用的在燃料电池中实际采用的措施一是改进电极结构，如做措施一是改进电极结构，如做成防水型电极或双层不同孔径成防水型电极或双层不同孔径的金属电极，二是采用能控制的金属电极，二是采用能控制电解液的隔膜，如离子交换薄电解液的隔膜，如离子交换薄膜或石棉膜。膜或石棉膜。六、质子交换膜燃料电池六、质子交换膜燃料电池 1.1.原理原理 质子交换膜型燃料电池以全氟磺质子交换膜型燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，以酸型固体聚合物为电解质，以Pt/CPt/C或或Pt-RuPt-Ru/C/C为电催化剂，以氢或净化重整为电催化剂，以氢或净化重

27、整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以带有气体流动通道的石墨或表面改以带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板作为双极板。性的金属板作为双极板。PEMFCPEMFC工作原理图工作原理图 反应过程：反应过程：（1 1）氢气通过管道或导气板到达阳）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。放出带负电的电子。（2 2）氢离子穿过电解质（质子交换）氢离子穿过电解质（质子交换膜）到达阴极；电子则通过外电路到膜）到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。

28、电子在外电路形成电流，通达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。过适当连接可向负载输出电能。（3 3）在电池另一端，氧气（或空气）通）在电池另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；在阴极催过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水。反应生成水。反应生成的水不稀释电解质，而反应生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应气排出。是通过电极随反应气排出。2.2.质子交换膜型燃料电池优点质子交换膜型燃料电池优点 1 1）质子交换膜燃料电池以质子）质子交换膜燃料电池以质子交换膜为电解质，其特点是工作温交换膜为电解质

29、，其特点是工作温度低（约度低（约70-800C70-800C），启动速度快，），启动速度快，特别适于用作动力电池。特别适于用作动力电池。2 2）可实现零排放。其唯一的排）可实现零排放。其唯一的排放物是纯净水（及水蒸气），没有放物是纯净水（及水蒸气），没有污染物排放，是环保型能源。污染物排放，是环保型能源。3 3）维护方便。）维护方便。PEMFCPEMFC内部构造简单，内部构造简单，电池模块呈现自然的电池模块呈现自然的“积木化积木化”结构，结构，使得电池组的组装和维护都非常方便；使得电池组的组装和维护都非常方便；也很容易实现也很容易实现“免维护免维护”设计。设计。4 4）氢是世界上最多的元素，氢

30、气来）氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛，是一种可再生的能源资源极其广泛，是一种可再生的能源资源，取之不尽，用之不绝。可通过石源，取之不尽，用之不绝。可通过石油、天然气、甲醇、甲烷等进行重整油、天然气、甲醇、甲烷等进行重整制氢；也可通过电解水制氢、光解水制氢；也可通过电解水制氢、光解水制氢、生物制氢等方法获取氢气。制氢、生物制氢等方法获取氢气。3.3.质子交换膜型燃料电池用途质子交换膜型燃料电池用途 1 1）是用作便携电源、小型移动电）是用作便携电源、小型移动电源、车载电源、备用电源、不间断源、车载电源、备用电源、不间断电源等，适用于军事、通讯、计算电源等，适用于军事、通讯、计算机、地质、

31、微波站、气象观测站、机、地质、微波站、气象观测站、金融市场、医院及娱乐场所等领域，金融市场、医院及娱乐场所等领域，以满足野外供电、应急供电以及高以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、高稳定性供电的需要。可靠性、高稳定性供电的需要。2 2）可用作助动车、摩托车、汽车、）可用作助动车、摩托车、汽车、火车、船舶等交通工具动力，以满火车、船舶等交通工具动力，以满足环保对车辆船舶排放的要求。足环保对车辆船舶排放的要求。4.4.质子交换膜型燃料电池的关键技质子交换膜型燃料电池的关键技术术 构成构成PEMFCPEMFC电池的关键材料与部件为：电池的关键材料与部件为：电催化剂电催化剂电极（阴极与阳极）电极（阴

32、极与阳极）质子交换膜质子交换膜双极板材料及其流场设计双极板材料及其流场设计1 1）电催化剂）电催化剂 电催化是使电极与电解质界电催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反应得以加速的面上的电荷转移反应得以加速的催化作用，其主要特点是电催化催化作用，其主要特点是电催化反应速度不仅由电催化剂的活性反应速度不仅由电催化剂的活性决定，还与双电层内电场及电解决定，还与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。质溶液的本性有关。电催化剂要求对特定的电极反电催化剂要求对特定的电极反应有良好的催化活性，良好的导应有良好的催化活性，良好的导电能力。电能力。催化剂的种类有贵金属（如催化剂的种类有贵金属（如铂、钯及其合金），

33、雷尼镍，硼铂、钯及其合金），雷尼镍，硼化镍，钙钛矿型半导体氧化物，化镍，钙钛矿型半导体氧化物，各种晶间化合物等。各种晶间化合物等。2 2）多孔气体扩散电极）多孔气体扩散电极 一般由扩散层和催化层组成。一般由扩散层和催化层组成。扩散层的作用是支撑催化层，扩散层的作用是支撑催化层，收集电流，并为电化学反应提收集电流，并为电化学反应提供电子通道、气体通道和排水供电子通道、气体通道和排水通道。通道。催化层则是发生电化学反应催化层则是发生电化学反应当场所，是电极的核心部分。当场所，是电极的核心部分。3 3）质子交换膜）质子交换膜 氟磺酸型质子交换膜，氟磺酸型质子交换膜，19621962年美国年美国DupontDupont公司研制成功。公司研制成功。4 4）双极板材料与流场）双极板材料与流场 作用是分隔氧化剂与还原剂，作用是分隔氧化剂与还原剂，极板不能用多孔透气材料。极板不能用多孔透气材料。具有集流作用，应是电的良导体；具有集流作用，应是电的良导体；具有抗腐蚀能力，在双极板两侧具有抗腐蚀能力，在双极板两侧加工有使反应气体均匀分布的通加工有使反应气体均匀分布的通道。道。目前多是采用无孔石墨板，目前多是采用无孔石墨板，正在开发表面改性的金属板。正在开发表面改性的金属板。