多年來，世界依賴石油和其他化石燃料發(fā)電，正因為如此我們正面臨著全球變暖的問題。燃料電池的電力供應(yīng)非常干凈、安靜、安全，每個燃料電池都有兩個電極，一個正極和一個負(fù)極，分別稱為陽極和陰極，發(fā)電的反應(yīng)發(fā)生在電極處。每個燃料電池也有一個電解質(zhì)，它攜帶一個帶電粒子到另一個電極，以及加速電極反應(yīng)的催化劑。氫是基本的燃料，但燃料電池也需要氧氣。燃料電池的一大吸引力在于它們沒有發(fā)電污染，這是因為用于發(fā)電的氫氣和氧氣最終結(jié)合在一起形成無害的副產(chǎn)品，即水和熱。

現(xiàn)在，蒸汽重整制氫在生產(chǎn)中大量應(yīng)用，其效率可以達(dá)到80%。

蒸汽重整過程：對于高溫（700-1100°C）的過程，蒸汽（H2O）與甲烷（CH）在吸熱反應(yīng)中產(chǎn)生氣體。

氣化：CH4+H2O→CO+3H2

在第二階段，在約360℃下通過放熱的水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)生成額外的氫氣，

CO+H2O→CO2+H2

圖1 氫的來源和生產(chǎn)方式

在質(zhì)子交換膜燃料電池工作中，氫氣從氫氣罐傳遞到陽極，氧氣傳遞到陰極。當(dāng)氫與陽極催化劑反應(yīng)時，它會分解成電子和質(zhì)子。該質(zhì)子移動到電解質(zhì)并且電子移動到提供電力的外部負(fù)載電路，然后移動到陰極，在那里它與來自電解質(zhì)的氫氣和來自大氣的氧氣發(fā)生反應(yīng)。在陰極處，氫、氧質(zhì)子和電子結(jié)合在一起形成水和熱量，副產(chǎn)品是干凈的對環(huán)境無害的水。

在正常負(fù)載范圍內(nèi)，燃料電池與柴油機(jī)、汽油機(jī)相比效率更高。內(nèi)燃機(jī)的最大理論效率為58%，而燃料電池的輸出功率比為83%。

氫能和燃料電池汽車已經(jīng)在福特和豐田等公司生產(chǎn)，但生產(chǎn)規(guī)模不大。正如我們所知，在地球上氫氣不是可直接應(yīng)用的資源，但它可以通過使用風(fēng)能和太陽能等可再生能源來生產(chǎn)。目前，氫氣正在通過甲烷或化石燃料來制備。通過整合風(fēng)能和太陽能氫生產(chǎn)裝置，可以以低成本大規(guī)模生產(chǎn)氫。但是氫的單位體積輸出能量低，氫運輸、大型儲氫和高壓氫氣進(jìn)入儲氫設(shè)備等問題仍然亟待解決。