綠色動(dòng)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(jià)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(diǎn)進(jìn)入人類的視野，在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

工作原理

1839年英國(guó)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(jiǎn)單氫氧燃料電池點(diǎn)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(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，含有陰陽(yáng)兩個(gè)電極，分別充滿電解液，而兩個(gè)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(yáng)極進(jìn)入，氧氣（或經(jīng)催化劑的作用，陽(yáng)極的氫原子分解成兩個(gè)氫質(zhì)子與兩個(gè)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(dá)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(dòng)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(chǔ)存與運(yùn)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(jī)、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(dòng)式直接甲醇燃料電池與被動(dòng)式直接甲醇燃料電池兩種。早期開發(fā)多集中在主動(dòng)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(dòng)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(guó)亞特蘭大召開的便攜式產(chǎn)品燃料電池大會(huì)（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(jìn)步，其DMFC實(shí)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(jī)、數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)電子市場(chǎng)。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(dòng)設(shè)備供電需求。同時(shí)，各大公司不斷進(jìn)行新技術(shù)新材料的研發(fā)，三星公司針對(duì)手機(jī)研制出水燃料電池，只需加水就可以工作，并稱其續(xù)航時(shí)間比普通充電電池長(zhǎng)一倍，預(yù)計(jì)于2010年投入市場(chǎng)從短期來(lái)看，燃料電池可能最先會(huì)在移動(dòng)電源領(lǐng)域取得商業(yè)化的成功。隨著各項(xiàng)科技的進(jìn)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(jì)也不能滿足人們對(duì)于功能強(qiáng)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(huì)在這一領(lǐng)域大有作為。作為移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字設(shè)備(pDA)、便攜式攝像機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(duì)電池進(jìn)行“充電”，方便快捷，不需要經(jīng)過(guò)二次電池所必需的動(dòng)輒數(shù)小時(shí)的電化學(xué)充電過(guò)程。近幾年，燃料電池在移動(dòng)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(dòng)電源的發(fā)展趨勢(shì)。。

在未來(lái)的若干年里，燃料電池的需求將會(huì)突飛猛進(jìn)。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士樂(lè)觀估計(jì)，到2010年將會(huì)有上百萬(wàn)戶家庭使用燃料電池作為家庭電源，將有數(shù)萬(wàn)輛燃料電池車在道路行駛。到那時(shí)，燃料電池將在全世界約有100億美元左右的市場(chǎng)規(guī)模。