燃料電池是一種既清潔又高效的能源裝置

汽油的價格一再飆升，甚至到了令人難以接受的地步。此外，汽車的日益增加也引發了一系列嚴重的環境問題。汽車中的汽油燃燒不完全會導致碳煙小顆粒的排放，這些碳煙小顆粒導致的就是令人聞之色變的霧霾。汽油燃燒還會產生一氧化氮、一氧化碳、二氧化硫等對人類和環境有嚴重危害的氣體，會引發光化學煙霧、酸雨等問題。此外，燃燒會產生的大量二氧化碳會導致全球溫度上升，甚至會給整個地球帶來滅頂之災。

因此，科學家們也一直在尋找一種清潔高效的可持續能源來替代汽油。其中，燃料電池成為最具有開發前景的能源之一。燃料電池是一種電化學裝置，其示意圖如圖一所示。它主要由質子交換膜、陰極陽極催化層以及陰極陽極氣體擴散層五部分構成。當它工作時，燃料（氫氣）進入陽極擴散層，並在陽極催化劑的作用下轉化為質子和電子；氧氣進入陰極擴散層，並在陰極催化劑的作用下得到電子轉變為O2-離子；質子通過質子交換膜到達陰極與O2-作用形成水；電子則通過外電路會到陰極，並在這個過程中為人類提供電能。在整個過程中，氫氣與氧氣不經過燃燒直接將化學能轉化為電能，因此燃料電池的效率不受卡諾循環的限制。燃料電池的效率可以高達70%，而普通內燃機的效率一般在30%-40%。通過燃料電池的工作過程我們還可以發現，在整個工作過程中除了水之外，沒有其它物質產生。也就是說，燃料電池不會產生任何對環境有害的物質。因此我們可以講，燃料電池是一種既清潔又高效的能源裝置。

與蓄電池相比，燃料電池的優點是在於能夠在複雜環境下持續穩定的工作，並且具有良好的可靠性。與汽油柴油發動機相比，燃料電池的優點是雜訊小、不排毒。此外，燃料電池還具有運動部件少、維修工作量小，更有利於遠程控制、減少維修時間等優點。

質子交換膜燃料電池具有以上諸多優點，非常適合用在汽車上。純電動汽車一直沒有推廣開來的一個重要原因是其蓄電池需要長時間充電而續航里程較短。燃料電池在很大程度上解決了這一問題。燃料電池汽車只需要數分鐘時間即可加滿，而續航里程可以達到數百公里。從技術上說，燃料電池汽車在充氣速度、續航里程和車速等諸多方面已經完全可以替代當前廣泛使用的內燃機汽車。而且，燃料電池汽車不會排放溫室氣體和有毒廢物，非常有利於減少霧霾的發生。

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