什么是質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)？

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種利用氫和氧釋放電能的燃料電池，其特點是一種電解質膜，稱為膜電極組件（MEA），允許質子而不是電子通過。質子交換膜燃料電池具有潛在的應用前景，因為它既能利用氫又能利用氧釋放電能固定和便攜式...

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種利用氫和氧釋放電能的燃料電池，其特點是一種電解質膜，稱為膜電極組件（MEA），允許質子而不是電子通過。質子交換膜燃料電池具有潛在的應用前景，因為它既能利用氫又能利用氧釋放電能固定和便攜式燃料電池。

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MEA有陽極側和陰極側。電流流入MEA的陽極側并流出其陰極側。質子交換膜燃料電池輸送氫氣在MEA陽極側，氫原子分裂成電子和質子，這個過程可以用一個方程式來表示：H2->；2e-+2H+。在這個反應中，質子穿過MEA到達其陰極側，電子通過外部電路進入MEA陰極側。這些過程的結合產生了一個電流。
質子交換膜燃料電池也將氧氣輸送到MEA的陰極側。如果雙原子氧分子（O2）可以分裂成氧原子，質子通過MEA能與這些氧原子反應生成水分子，這種反應也可用一個方程表示：O+2H++2e-->；水。
為了產生電，MEA必須滿足幾個標準。它不能讓氫氣或氧氣通過它。MEA還必須能夠抵抗陽極側的氧化作用和陰極側的還原作用。
鉑催化劑可用于分離氫分子但是，用鉑催化劑分解氧分子會產生很大的電損耗鉑催化劑的另一個問題是，極少量的二氧化碳會顯著降低它們的性能。截至2010年，科學家還沒有發現一種實用的分解氧分子的催化劑，但由碳、鐵和氮組成的催化劑顯示出了最大的希望。這方面的主要困難在于催化劑是它的反應速度在短時間內迅速下降。
水在質子交換膜燃料電池中也會造成電損失。燃料電池必須防止過量的水淹沒MEA，但要有足夠的水來防止MEA干燥。質子交換膜燃料電池的水管理是困難，因為水被吸引到MEA的陰極側。電滲泵是解決這個問題的一種可能的方法。