未來的能源系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成能夠應(yīng)對(duì)氣候變化
，以及應(yīng)對(duì)不斷增長的能源需求以及日益增長的世界人口的交通和能源需求等社會(huì)挑戰(zhàn)
。燃料電池可能是這個(gè)難題的重要組成部分
。
燃料電池技術(shù)的潛力令人信服
，氫作為整個(gè)能源系統(tǒng)中的存儲(chǔ)介質(zhì)也是如此。使用和推廣該技術(shù)的強(qiáng)烈論據(jù)是高可靠性
、可擴(kuò)展性以及使用可再生能源的能力
。
憑借其模塊化設(shè)計(jì)，燃料電池系統(tǒng)可輕松適應(yīng)輸出功率與需求的匹配
，其低維護(hù)要求和低運(yùn)行成本也使其具有吸引力
。此外，燃料電池技術(shù)已準(zhǔn)備好推向市場并適合商業(yè)用途
�
？焖侔l(fā)展的市場為零排放燃料電池技術(shù)提供了良好的增長機(jī)會(huì)。
燃料電池如何工作
與內(nèi)燃機(jī)相比
，燃料電池的工作方式有所不同
。它們將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，然后可用于驅(qū)動(dòng)越來越多的電氣系統(tǒng)
。這種轉(zhuǎn)換比內(nèi)燃機(jī)更有效
，因?yàn)槭∪チ顺Ｒ?guī)能量轉(zhuǎn)換器（熱機(jī)）所需的中間熱機(jī)械步驟。
當(dāng)所使用的燃料是可再生產(chǎn)生的氫氣時(shí)
，就會(huì)產(chǎn)生最大的加分值
，因?yàn)樗墒刮廴疚锖蛯?duì)氣候造成破壞的氣體排放量都減少到零。這樣
，燃料電池具有巨大的潛力
，可以成為推進(jìn)和能源系統(tǒng)脫碳的必要技術(shù)組件。
低溫質(zhì)子交換膜燃料電池或PEM（有時(shí)稱為聚合物電解質(zhì)膜燃料電池）目前代表著最合適的技術(shù)
，用于開發(fā)和發(fā)展羅爾斯·羅伊斯動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)品組合
。這種低溫燃料電池具有很高的功率密度，即使是很小的單元也可以實(shí)現(xiàn)可觀的輸出
。
低溫燃料電池的最高工作溫度約為100攝氏度
，對(duì)材料和人員的危害最小
，而高溫燃料電池則可達(dá)到250攝氏度至1,000攝氏度。與其他類型的PEM相比
，PEM具有良好的負(fù)載跟蹤特性
，因此它可以在幾秒鐘內(nèi)響應(yīng)電源需求的變化。
緊湊型PEM燃料電池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其非常高的電效率
。它們通常使用氫燃料作為燃料。但是
，它們可以使用多種烴類燃料（例如甲醇
，柴油或天然氣）運(yùn)行。這是通過使用眾所周知的重整技術(shù)將燃料轉(zhuǎn)化為氫氣來實(shí)現(xiàn)的
。這為PEM燃料電池提供了非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域
。
PEM燃料電池是一種原電池，可以使燃料和氧化劑（通常是空氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)
，以產(chǎn)生電和廢氣（圖1）
。它運(yùn)行安靜，沒有太多的振動(dòng)
。類似于電池
，燃料電池也產(chǎn)生直流電壓。然而
，與電池不同
，燃料電池需要恒定的燃料和氧化劑流入。
對(duì)于PEM燃料電池
，化學(xué)過程發(fā)生在電極（陽極和陰極）之間
，其中正離子（質(zhì)子）從陽極遷移到陰極，并且電子通過電從陽極向外傳導(dǎo)到陰極導(dǎo)體
。該過程的產(chǎn)物是可以提取和使用的電能
。電極涂有鉑或鈀催化劑，并通過電解質(zhì)彼此隔開
。沒有催化劑
，氫和氧將不會(huì)發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生熱量和電能。電解質(zhì)由離子導(dǎo)電膜組成
，重要的是該膜對(duì)于質(zhì)子而言是可滲透的
，而對(duì)于電子而言則不可滲透。
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