美国纳米级燃料电池研究

当今社会，越来越多的便携式电子产品充斥着人们的生活，人们的生活和工作已经离不开iPod、手机、PDA、数码相机、笔记本电脑这些数码产品。但目前存在的主要难题是电源问题，一块手机电池只能维持几天时间，笔记本电脑的电池也就几个小时。与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。一个锂离子电池能提供300瓦小时每升的电量，而甲醇燃料电池却能提供4800瓦小时每升的电量。因此，东芝、IBM、NEC等世界著名企业都投巨资研发燃料电池。

聚合物电解质膜（PEM）燃料电池通过化学反应产生电流，首先化学源产生的氢原子在催化剂例如铂的作用下分解并产生电子。电解液将在这个过程中产生剩余的氢离子（质子）与燃料分离，并与大气中的氧气结合产生水。和催化剂接触的燃料越多，电池产生的电流越多，催化表面大小是燃料电池功效的关键。

为了在有限的体积内产生更多的电量，科学家在以前的研究中试图在纳米级别研制燃料电池，硅蚀刻技术、蒸发技术等芯片制造业的工艺都被借鉴，但这些方法不但价格昂贵而且受电池二维空间的限制。

威斯康星大学的研究人员肯尼斯·勒克斯教授用全新的方法解决了这个难题。新方法不但能提高纳米级燃料电池的性能，而且完全避免了工业生产的技术工艺。他表示，目前最好的催化表面也只是二维的平面，每平方厘米也只能产生几百微安培电量。为了把这个数字增大几个数量级，就应该创造出三维结构的催化表面。

勒克斯教授研制的燃料电池通道非常常见，多孔的氧化铝过滤装置约1美元，这种过滤装置的圆柱形孔洞直径只有200纳米。勒克斯教授用铂铜合金制造纳米导线，然后在硝酸中融解铜，产生一种随机的状态，使表面积最大化。

为了建立一个供能电池，科研人员首先需要在小孔中充满酸性溶液。将一张浸透电极液的滤纸（或者是电极液聚合体）放置于两层纳米电极之间，用来传递氢离子。然后，可以将电极置于该复合体外表面的任何部位，以便容易形成电路。这些燃料电池可以连续或者平行排列，从而使各自提供出更高的电压或者电流强度。

当然，研究结果还不是完全令人满意。勒克斯教授估计仅仅只有三分之一的电极具有活性，还有许多地方需要进一步改进。然而，即便如此，该模型具有的能量容积也比其两倍直径大的平版模型高许多。同时，这一模型还具有价格低等特点，总的材料花费仅为200美元。勒克斯教授称赞它为一种真正简便的技术方法，能量供应相当于一个AA电池。

在将来如果可以熟练掌握燃料电池技术，那么我们就可以开发出一种廉价、可循环使用的电池用于我们的电子小玩意。当能量供应不足时，我们便可以直接去商店买一个燃料电池接替用！