单体燃料电池组工作原理

1.产生氢气

PEMFC的负极（燃料极）上产生的化学反应方程式：

PEMFC的正极（氧化极）上产生的化学反应方程式：

PEMFC总的化学反应：

2.压力和湿度

PEMFC中氢离子从负极以水合物作为载体向正极移动。因此，在PEMFC的正负极间，必须保持有53kPa的压力的水气，并在工作过程中不断地补充水分，使得燃料气体流和氧化剂（空气等）气体流被湿润，保持一定的“保湿性”。在氢离子流过质子交换膜时，将水分附着在质子交换膜上，保持质子交换膜处于湿润状态来防止电极处质子交换膜脱水，质子交换膜脱水时会使得燃料电池的内电阻大幅度上升。

3.一氧化碳

PEMFC需要用铂等贵金属作为催化剂，在催化剂的催化作用下，才能促成氢离子从负极向正极移动，并与O2发生化学反应生成电能和水。如果燃料气体中含有CO，CO会优先附着在铂的表面，阻碍了氢离子与铂表面相接触，使铂出现中毒现象，降低了PEMFC的性能，甚至使得PEMFC失效。CO的吸附作用与燃料电池的温度成反比，温度越低，CO的吸附作用越强。因此，在燃料气体中必须严格控制CO的含量，用增加燃料气体中H2的方法，使CO的值控制在允许的范围以内。

甲醇经过改质后所获得的干氢气中含有0.5%～1.0%的CO，对燃料电池带来不利的影响。因此，在甲醇改质装置的系统中，必须设置H2的净化处理装置，通过净化器使H2中50%以上的CO被氧化成CO2，并控制H2中的CO的含量不超过10×10-6，才能将改质后产生的H2输送到PEMFC的氢电极中去。

催化剂的关键技术在于减少催化剂中Pt的用量。丰田汽车公司在PEMFC中使用Pt、Ru催化剂，Pt的载量为0.25mg/cm2，CO允许值约100×10-6，并且可以使成本更低。开发不含Pt的催化材料和耐CO的新型催化剂的材料，对提高PEMFC的寿命和降低PEMFC的成本有重要意义。