綠色動力新潮流——燃料電池

2009年10月28日17:26:36

隨著能源緊張、油價攀升，環(huán)境污染嚴(yán)重，節(jié)能環(huán)保成為人類不懈努力的方向。燃料電池以其效率高、零污染、使用方便等特點進入人類的視野，在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用也應(yīng)運而生，成為人們關(guān)注的熱點。

工作原理

1839年英國的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池（FuelCell），是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成（見圖1）。氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或經(jīng)催化劑的作用，陽極的氫原子分解成兩個氫質(zhì)子與兩個電子，質(zhì)子被氧“吸引”到薄膜的另一邊，電子則由外電路形成電流后，到達陰極。在陰極催化劑作用下，氫質(zhì)子、氧及電子，發(fā)生反應(yīng)形成水分子，因此水是燃料電池唯一的排放物。

圖1燃料電池工作原理

DMFC——便攜式設(shè)備的綠色動力

燃料電池種類繁多，直接甲醇燃料電池（DMFC）在便攜式設(shè)備中的發(fā)展?jié)摿薮?。直接甲醇燃料電池以液態(tài)甲醇為燃料，體積能量密度約為液態(tài)氫的3～4倍，操作溫度在80℃，儲存與運送遠(yuǎn)較氫氣方便及安全，且取得容易，成本低、體積小、重量輕，因此更符合便攜式電子產(chǎn)品的需求。

DMFC系統(tǒng)由四部分組成：由數(shù)片燃料電池堆疊成的燃料電池本體，包含電力轉(zhuǎn)換、能源管理控制、濕度控制、負(fù)載控制等元件的電能控制系統(tǒng)，燃料供應(yīng)與水、熱管理元件等周邊設(shè)備，主要構(gòu)成元件是負(fù)責(zé)甲醇燃料輸送的壓力泵、風(fēng)扇、送風(fēng)機、監(jiān)控甲醇濃度的傳感器，以及包括甲醇燃料罐及純水罐燃料供應(yīng)系統(tǒng)。為適應(yīng)便攜式設(shè)備的應(yīng)用，直接甲醇燃料電池還可細(xì)分為主動式直接甲醇燃料電池與被動式直接甲醇燃料電池兩種。早期開發(fā)多集中在主動式DMFC，但由于甲醇水溶液的循環(huán)系統(tǒng)較為復(fù)雜，體積重量不易縮減，被動式DMFC也漸被重視。[fenye]

現(xiàn)階段，用于便攜式設(shè)備的燃料電池的不斷出新：2008年4月在美國亞特蘭大召開的便攜式產(chǎn)品燃料電池大會（SmallFuelCells2008）期間，夏普表示已經(jīng)在直接甲醇燃料電池方面取得相當(dāng)大的進步，其DMFC實現(xiàn)超高密度的容量，與普通的鋰電池相比，同樣的密度下容量提升了5倍，將面向pDA、筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機等消費電子市場。索尼研制出的超小混合燃料電池同樣具有顛覆性，大小僅為50mm×30mm，集成了燃料電池和傳統(tǒng)電池以及控制電路，該電池系統(tǒng)同樣以甲醇為燃料，可以滿足大流量的移動設(shè)備供電需求。同時，各大公司不斷進行新技術(shù)新材料的研發(fā)，三星公司針對手機研制出水燃料電池，只需加水就可以工作，并稱其續(xù)航時間比普通充電電池長一倍，預(yù)計于2010年投入市場從短期來看，燃料電池可能最先會在移動電源領(lǐng)域取得商業(yè)化的成功。隨著各項科技的進步，種類繁多的便攜式電子用電設(shè)備讓人目不暇接，傳統(tǒng)電池容量的提高與電子設(shè)備節(jié)電設(shè)計也不能滿足人們對于功能強大的電子設(shè)備的耗電需求，質(zhì)子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池將會在這一領(lǐng)域大有作為。作為移動電話、個人數(shù)字設(shè)備(pDA)、便攜式攝像機、筆記本電腦、電動玩具等的電源，燃料電池將開創(chuàng)一條商業(yè)化應(yīng)用的道路。燃料電池在這一領(lǐng)域已經(jīng)顯示了其優(yōu)越性，加入燃料可以使電子設(shè)備工作更長時間，是具有很高能量密度的鋰離子電池的數(shù)倍。而且，采用加注燃料的方法對電池進行“充電”，方便快捷，不需要經(jīng)過二次電池所必需的動輒數(shù)小時的電化學(xué)充電過程。近幾年，燃料電池在移動設(shè)備的應(yīng)用方面格局已經(jīng)漸漸明朗，代表了下—代移動電源的發(fā)展趨勢。。

在未來的若干年里，燃料電池的需求將會突飛猛進。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士樂觀估計，到2010年將會有上百萬戶家庭使用燃料電池作為家庭電源，將有數(shù)萬輛燃料電池車在道路行駛。到那時，燃料電池將在全世界約有100億美元左右的市場規(guī)模。