未來的能源系統(tǒng)必須設計成能夠應對氣候變化，以及應對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挑戰(zhàn)。燃料電池可能是這個難題的重要組成部分。

燃料電池技術的潛力令人信服，氫作為整個能源系統(tǒng)中的存儲介質也是如此。使用和推廣該技術的強烈論據(jù)是高可靠性、可擴展性以及使用可再生能源的能力。

憑借其模塊化設計，燃料電池系統(tǒng)可輕松適應輸出功率與需求的匹配，其低維護要求和低運行成本也使其具有吸引力。此外，燃料電池技術已準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提供了良好的增長機會。

燃料電池如何工作

與內燃機相比，燃料電池的工作方式有所不同。它們將燃料的化學能直接轉化為電能，然后可用于驅動越來越多的電氣系統(tǒng)。這種轉換比內燃機更有效，因為省去了常規(guī)能量轉換器（熱機）所需的中間熱機械步驟。

當所使用的燃料是可再生產生的氫氣時，就會產生最大的加分值，因為它可使污染物和對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，可以成為推進和能源系統(tǒng)脫碳的必要技術組件。

低溫質子交換膜燃料電池或PEM（有時稱為聚合物電解質膜燃料電池）目前代表著最合適的技術，用于開發(fā)和發(fā)展羅爾斯·羅伊斯動力系統(tǒng)產品組合。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，對材料和人員的危害最小，而高溫燃料電池則可達到250攝氏度至1,000攝氏度。與其他類型的PEM相比，PEM具有良好的負載跟蹤特性，因此它可以在幾秒鐘內響應電源需求的變化。

緊湊型PEM燃料電池的一個優(yōu)點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）運行。這是通過使用眾所周知的重整技術將燃料轉化為氫氣來實現(xiàn)的。這為PEM燃料電池提供了非常廣泛的應用領域。

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)生電化學反應，以產生電和廢氣（圖1）。它運行安靜，沒有太多的振動。類似于電池，燃料電池也產生直流電壓。然而，與電池不同，燃料電池需要恒定的燃料和氧化劑流入。

對于PEM燃料電池，化學過程發(fā)生在電極（陽極和陰極）之間，其中正離子（質子）從陽極遷移到陰極，并且電子通過電從陽極向外傳導到陰極導體。該過程的產物是可以提取和使用的電能。電極涂有鉑或鈀催化劑，并通過電解質彼此隔開。沒有催化劑，氫和氧將不會發(fā)生反應以產生熱量和電能。電解質由離子導電膜組成，重要的是該膜對于質子而言是可滲透的，而對于電子而言則不可滲透。