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離子在電場作用下，通過電解質遷移到陽極上，與燃料氣反應，構成迴路，產生電流。
同時，由於本身的電化學反應以及電池的內阻，燃料電池還會產生一定的熱量。
電池的陰、陽兩極除傳導電子外，也作爲氧化還原反應的催化劑。
當燃料爲碳氫化合物時，陽極要求有更高的催化活性。
陰、陽兩極通常爲多孔結構，以便於反應氣體的通入和產物排出。
電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。
爲阻擋兩種氣體混合導致電池內短路，電解質通常爲緻密結構。
燃料電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。
其單體電池是由正負兩個電極以及電解質組成。
不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限制了電池容量。
而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。
因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化爲電能的能量轉換機器。
電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續地發電。
以氫-氧燃料電池爲例來說明燃料電池。
氫-氧燃料電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。
電極應爲：負極：H2+2OH-→2H2O+2e-
正極：12O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應：H2+12O2==H2O
另外，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應的輔助系統，包括反應劑供給系統、排熱系統、排水系統、電性能控制系統及安全裝置等。
燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極和空氣極、及兩側氣體流路構成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣能在流路中通過。
在實用的燃料電池中因工作的電解質不同，經過電解質與反應相關的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應中與氫離子相關，發生的反應爲：
燃料極：H2==2H++2e-
空氣極：2H++12O2+2e-==H2O
全體：H2+12O2==H2O
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動到電解質中與空氣極側供給的O2發生反應。
e-經由外部的負荷迴路，再反回到空氣極側，參與空氣極側的反應。
一系例的反應促成了e-不間斷地經由外部迴路，因而就構成了發電。
並且從上式中的反應式可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒有其他的反應，H2所具有的化學能轉變成了電能。
但實際上，伴隨着電極的反應存在一定的電阻，會引起了部分熱能產生，由此減少了轉換成電能的比例。
引起這些反應的一組電池稱爲組件，產生的電壓通常低於一伏。
因此，爲了獲得大的出力需採用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。
組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離，採用了稱之爲隔板的、上下兩面中備有氣體流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。
堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定，電流與電池中的反應面積成比。
PAFC的電解質爲濃磷酸水溶液，而PEMFC電解質爲質子導電性聚合物系的膜。
電極均採用碳的多孔體，爲了促進反應，以Pt作爲觸媒，燃料氣體中的CO將造成中毒，降低電極性能。
爲此，在PAFC和PEMFC應用中必須限制燃料氣體中含有的CO量，特別是對於低溫工作的PEMFC更應嚴格地加以限制。
磷酸燃料電池的基本組成和反應原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣後送到改質器，把燃料轉化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應器中經觸媒劑轉化成H2和CO2。
經過如此處理後的燃料氣體進入燃料堆的負極，同時將氧輸送到燃料堆的正極進行化學反應，藉助觸媒劑的作用迅速產生電能和熱能。
相對PAFC和PEMFC，高溫型燃料電池MCFC和SOFC則不要觸媒，以CO爲主要成份的煤氣化氣體可以直接作爲燃料應用，而且還具有易於利用其高質量排氣構成聯合循環發電等特點。
含有電極反應相關的電解質和上下與其相接的2塊電極板，以及兩電極各自外側流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等，電解質在MCFC約600~700c的工作溫度下呈現熔融狀態的液體，形成了離子導電體。
電極爲鎳系的多孔質體，氣室的形成採用抗蝕金屬。
MCFC工作原理。空氣極的O2和CO2與電相結合，生成CO32-，電解質將CO32-移到燃料極側，與作爲燃料供給的H+相結合，放出e-，同時生成H2O和CO2。化學反應式如下：
燃料極：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-
空氣極：CO2+12O2+2e-==CO32-
全體：H2+12O2==H2O
在這一反應中，e-同在PAFC中的情況一樣，它從燃料極被放出，通過外部的迴路反回到空氣極，由e-在外部迴路中不間斷的流動實現了燃料電池發電。
另外，MCFC的最大特點是，必須要有有助於反應的CO32-離子，因此，供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。
並且，在電池內部充填觸媒，從而將作爲天然氣主成份的CH4在電池內部改質，在電池內部直接生成H2的方法也已開發出來了。
而在燃料是煤氣的情況下，其主成份CO和H2O反應生成H2，因此，可以等價地將CO作爲燃料來利用。
爲了獲得更大的出力，隔板通常採用Ni和不鏽鋼來製作。
SOFC是以陶瓷材料爲主構成的，電解質通常採用ZrO2，它構成了O2-的導電體Y2O3作爲穩定化的YSZ而採用。
電極中燃料極採用Ni與YSZ複合多孔體構成金屬陶瓷，空氣極採用LaMnO3。
隔板採用LaCrO3。
爲了避免因電池的形狀不同，電解質之間熱膨脹差造成裂紋產生等，開發了在較低溫度下工作的SOFC。
第0239章預告無法解決的技術問題