燃料电池的效率就一定比内燃机高吗？

一提到燃料电池，普遍认知燃料电池的优点就是“零”排放，这是大力发展它的原因之一。其实它的另一个优点也很明显，就是对燃料的利用率高，也就是燃料电池的效率高。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

总结起来，燃料电池在能源发展上做到了“开源节流”。

任何能量转换装置的效率都可以定义为有用能量的输出与输入能量之比。‍‍‍‍‍

对于燃料电池，有用的输出量就是所转化成的电能，而输入能量为氢气的热量值(高热值HHV)，现假定所有的吉布斯自由能均能转化成电能，那么燃料电池的最大可能效率（理论值）为‍‍‍‍‍‍

                           η = ΔG / ΔHHHV = 237.34/286.02 = 83%   ①

但是通常情况下，氢气的低热值LHV用于表示燃料电池的效率，不仅是因为采用低热值可以算出一个更高的效率值，也因为要与内燃机相比较，就需要采用跟内燃机一样的准则，就是采用低热值来计算效率。那么，燃料电池效率的理论最大值将是‍‍‍

                η = ΔG / ΔHLHV = 228.74/241.98 = 94.5%   ②

通过计算燃料电池的理论电压，可以了解到温度越高，吉布斯自由能越小，理论电压就越小，总结就是燃料电池的理论电压会随着温度的升高而降低。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

通过方程式①，分子和分母同时除以nF，那么燃料电池的效率就可以定义为两个电压之比：电池的理论电压和氢气的高热值的电压。

那么燃料电池的效率总是与电池的电压成正比，所以温度越高，燃料电池的效率就越低。‍‍

然而卡诺循环的效率却恰恰相反，效率会随着温度的升高而升高。‍

从温度&效率的关系图中可明显看到，工作温度在700℃以下，燃料电池效率要比卡诺极限高，700℃以上，卡诺极限的效率要比燃料电池高。‍‍‍

在实际工作过程中，工作温度都不是很高，那么燃料电池就有良好的效率优势了。目前燃料电池的效率在60%左右，内燃机的效率在40%。

为什么燃料电池的实际效率会低呢，这其实跟实际电压比理论电压低是一样的道理。‍‍‍

关于损耗，还是下回再分享吧。