成分

燃料电池系统由四个主要部件组成：

1 - 燃料处理器
2 - 燃料电池堆
3 - 电力转换
4 - 功能平衡

燃料处理器 大多数燃料电池以氢气作为燃料运行。氢气不能自然获得，必须在重整器中由含氢化合物（例如碳氢化合物化石燃料、沼气、生物质和水）产生。为此需要许多组件和步骤。重整器是燃料和其他气态循环流在其中在热量存在下与蒸汽反应的容器。例如：

蒸汽改造

· 燃料与水在催化剂作用下发生反应

·    需要热量输入

部分氧化

· 燃料在没有催化剂的情况下与空气发生反应

· 通常会产生热量

自动热

· 以上的组合（燃料、水、空气）

· 不需要或产生净热量

其他（例如，循环）。

· 金属的氧化态

· 或者使燃料和氧化剂通过平行床

· 氧化钙、碳酸钙用以碳吸收

燃料电池堆
电池堆的基本组件包括电极和电解质以及电气连接和/或绝缘以及燃料和氧化剂流动所需的附加组件。这些关键部件包括集电器和隔板。集电器将电子从阳极传导至隔板。隔板提供电池之间的电串联连接，并将一个电池的氧化剂流与相邻电池的燃料流物理分离。集电器中的通道充当燃料和氧化剂的分配路径。通常，两个集电器和隔板组合成一个单元，称为“双极板”。

燃料电池堆由一系列单独的燃料电池组成，每个燃料电池能够产生约 1 伏的电压。因此，典型的燃料电池设计将许多单独的电池连接在一起形成“电池堆”，从而产生更有用的电压。燃料电池堆可以配置多组串联和并联的电池，以进一步调整电压、电流和功率。一组电池中包含的单个电池的数量通常大于 50 个，并且随电池组设计的不同而变化很大。

电解质。电解质是一种非金属电导体，其中电流通过离子的运动来传输。对于质子交换膜燃料电池 (PEMFC)，电解质是一种膜，充当燃料电池（离子交换器）中的分离层。它也是一种薄膜屏障，可分隔燃料电池阳极室和阴极室中的气体。

电极。电极是一种电导体，电流通过它进入或离开介质，无论是电解溶液、固体、熔融物质、气体还是真空。燃料电池由两个电极组成：

• 阳极- 发生氧化反应的电极。对于产生电位的细胞来说，它也是负离子流向的电极。

• 阴极- 发生还原反应的电极。

催化剂。催化剂是一种可以提高反应速率而不被消耗的化学物质。反应后，催化剂可以从反应混合物中以化学形式原样地回收。催化剂降低了所需的活化能，使反应能够更快地或在更低的温度下进行。

电流收集器。该术语用于描述燃料电池中收集电子（在阳极侧）或释放电子（在阴极侧）的导电材料。集电器是微孔的（以允许流体流过它们），位于催化剂/电解质表面和双极板之间。

膜电极组件 (MEA)。就 PEMFC 而言，MEA 的结构由电解质（质子交换膜）组成，表面涂有催化剂/碳/粘合剂层，中间夹有两个微孔导电层（用作气体扩散层和集电器） ）。

双极板或隔板。这些是燃料电池堆中的导电板，充当一个电池的阳极和相邻电池的阴极。该板可以由金属或导电聚合物（可以是碳填充复合材料）制成。该板通常包含用于流体供给的流动通道并且还可以包含用于热传递的导管。

歧管。歧管是向燃料电池供应气体的管道，可以是外部的，也可以是内部的。外部歧管充当系统的管道，将燃料输送到阳极室，将氧化剂（空气）输送到阴极室。开发问题集中在：

• 燃料和氧化剂分布均匀

• 暴露于高温和腐蚀性环境

• 可允许的低压降

• 紧凑的空间要求

内部歧管是一个“具有独立反应物输送系统的系统，类似于盒装燃料电池系统，只需要连接到反应物罐即可运行。” 开发问题集中在：

• 将燃料和氧化剂均匀输送至电极-电解质表面

• 多种整合概念

o 与分离器、双极板集成

o 与冷却集成

o 与电极集成

热交换器。热交换器用于将热量从一种流体（液体或气体）传递到另一种流体，这两种流体在物理上是分开的，并且需要冷却燃料电池并保持一致的工作温度。它们主要用于低温燃料电池（AFC、PEMFC 和 PAFC），其中典型的冷却机制是水。燃料电池采用的热交换器有多种配置：

• 气体 - 气体

• 气-液

• 冷凝器

• 加湿器

迄今为止的一些开发领域是：

• 尺寸和重量减轻（运输市场）

• 传热和尺寸（便携式电源市场）

电力转换

电力转换和电子。燃料电池产生直流电或直流电。虽然越来越多的“电器”由直流电供电，例如计算机和照明，但当今大多数建筑物和电器都需要交流电或交流电才能运行。因此，需要一个转换装置（“逆变器”）将直流电转换为交流电。当前对逆变器技术的关注集中在减少损耗、提高可靠性和成本上。

功率转换装置的一般特性包括：

• 需要时将直流电 (DC) 转换为交流电 (AC)

• 电流和/或电压的控制

• 反馈至控制系统

• 浪涌和短路保护

• 连接并管理能量存储

• 连接和/或控制负载

o 专用负载

o 电机控制器、电机

• 同步

o 电网

o 其他发电机

电力电子装置的一般要求包括：

• 可靠性

• 过流保护

• 短路保护

• 电机超速保护

• 低 IGBT 结工作温度

• 高效率电子设备（期望 > 97%）

• 高系统效率（期望 > 95%，通常 ~ 92%）

• 平滑的电机控制

• 低寄生电感

• 环境密封

• 高电能质量

• 固定式发电并网电源

• 并网——调峰

• 自动离网独立发电

• 持续待机电源

• 不间断电源

• 自动黑启动功能

• 全面的诊断能力

• 控制和系统通信

• 内外部控制与沟通

• 串行 (RS-232)

• 调制解调器

• TCP/IP协议

• 可调性

• 动态范围大

（编译于美国国家燃料电池研究中心文章）