简析锂电池等化学电池相比燃料电池的劣势

燃料电池是一种新的能量转化装置，它能将储存在燃料和氧化剂中的化学能按电化学原理转化为电能，即将化学反应自由能变化通过电极-电解质系统源源不断地转换为电能，由于燃料电池发电不需要经过燃烧-发电机过程，所以不受卡诺循环的限制，可以实现高效的能监转换。燃料电池通常是由含催化剂的阳极、阴极租离子导电的电解质构成，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电能而驱动负载工作。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。在过去的一个多世纪里，燃料电池技术取得了惊人的快速发展，一些燃料电池已经进入商业化应用阶段，在火电、水电、核电三种电力生产方式之外，燃料电池被誉为第四代发电技术。

燃料电池已经有很长的发展历史。1839年英国科学家Grove发明了第一个燃料电池，在稀硫酸中放入两个铂箔作电极，先由电解产生氢和氧，接着连接外部负载，使氢和氧发生电池反应，消耗氢气和氧气的同时产生电流。正极接氧气管，负极接氢气管，黑棒表示铂片电极，浸入稀硫酸电解液中。Grove指出强化在气体、电解液与电极三者之间的相互作用是提高电池性能的关键，他所提出的燃料电池的工作原理开创了一种新的能源转化技术，它的提出历史性地第一次将化学能转化为电能。

当今的便携式电源系统大多是锂离子电池、镍氢电池等充电电池或一次性化学电池，对于较特殊的环境，这些化学电池都存在些不可克服的弱点:①输出功率有限，重量比功率和体积比功率的密度都低。②储能有限以及连续放电工作时间有限。③难以及时得到充电设施或需要很长的充电时间。用直接甲醇燃料电池作为便携式电源能够很好地解决上述问题，例如，使用直接甲醇燃料电池的蜂窝状电话，其能量密度可以达到传统可充电电池的10倍，添加燃料后可以持续使用。便携式质子交换膜燃料电池电源具有以下的优点:①输出功率从几瓦到几千瓦均可实现，比功率密度高，体积、重量可满足便携式需求;②整个电源系统的储能与连续发电、工作时间取决于携带的燃料的多少;③无须充电，重新储能发电采取机械式的补充燃料:④电源系统安全、可靠。