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，在諸多領域的應用也應運而生，成為人們關注的熱點。

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能通過電極反應直接轉換成電能的裝置，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成（見圖1）。氫氣由燃料電池的陽極進入，氧氣（或經催化劑的作用，陽極的氫原子分解成兩個氫質子與兩個電子，質子被氧“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，氫質子、氧及電子，發(fā)生反應形成水分子，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）在便攜式設備中的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｖ苯蛹状既剂想姵匾砸簯B(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品的需求。

DMFC系統(tǒng)由四部分組成：由數片燃料電池堆疊成的燃料電池本體，包含電力轉換、能源管理控制、濕度控制、負載控制等元件的電能控制系統(tǒng)，燃料供應與水、熱管理元件等周邊設備，主要構成元件是負責甲醇燃料輸送的壓力泵、風扇、送風機、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系統(tǒng)。為適應便攜式設備的應用，直接甲醇燃料電池還可細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)較為復雜，體積重量不易縮減，被動式DMFC也漸被重視。[fenye]

現階段，用于便攜式設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品燃料電池大會（SmallFuelCells2008）期間，夏普表示已經在直接甲醇燃料電池方面取得相當大的進步，其DMFC實現超高密度的容量，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備供電需求。同時，各大公司不斷進行新技術新材料的研發(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備讓人目不暇接，傳統(tǒng)電池容量的提高與電子設備節(jié)電設計也不能滿足人們對于功能強大的電子設備的耗電需求，質子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池將會在這一領域大有作為。作為移動電話、個人數字設備(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)化應用的道路。燃料電池在這一領域已經顯示了其優(yōu)越性，加入燃料可以使電子設備工作更長時間，是具有很高能量密度的鋰離子電池的數倍。而且，采用加注燃料的方法對電池進行“充電”，方便快捷，不需要經過二次電池所必需的動輒數小時的電化學充電過程。近幾年，燃料電池在移動設備的應用方面格局已經漸漸明朗，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。根據業(yè)內人士樂觀估計，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。