绿色动力新潮流——燃料电池

绿色动力新潮流——燃料电池

2009年10月28日17:26:36

随着能源紧张、油价攀升，环境污染严重，节能环保成为人类不懈努力的方向。燃料电池以其效率高、零污染、使用方便等特点进入人类的视野，在诸多领域的应用也应运而生，成为人们关注的热点。

工作原理

1839年英国的Grove发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。燃料电池（FuelCell），是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成（见图1）。氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或经催化剂的作用，阳极的氢原子分解成两个氢质子与两个电子，质子被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子则由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水是燃料电池唯一的排放物。

图1燃料电池工作原理

DMFC——便携式设备的绿色动力

燃料电池种类繁多，直接甲醇燃料电池（DMFC）在便携式设备中的发展潜力巨大。直接甲醇燃料电池以液态甲醇为燃料，体积能量密度约为液态氢的3～4倍，操作温度在80℃，储存与运送远较氢气方便及安全，且取得容易，成本低、体积小、重量轻，因此更符合便携式电子产品的需求。

DMFC系统由四部分组成：由数片燃料电池堆叠成的燃料电池本体，包含电力转换、能源管理控制、湿度控制、负载控制等元件的电能控制系统，燃料供应与水、热管理元件等周边设备，主要构成元件是负责甲醇燃料输送的压力泵、风扇、送风机、监控甲醇浓度的传感器，以及包括甲醇燃料罐及纯水罐燃料供应系统。为适应便携式设备的应用，直接甲醇燃料电池还可细分为主动式直接甲醇燃料电池与被动式直接甲醇燃料电池两种。早期开发多集中在主动式DMFC，但由于甲醇水溶液的循环系统较为复杂，体积重量不易缩减，被动式DMFC也渐被重视。[fenye]

现阶段，用于便携式设备的燃料电池的不断出新：2008年4月在美国亚特兰大召开的便携式产品燃料电池大会（SmallFuelCells2008）期间，夏普表示已经在直接甲醇燃料电池方面取得相当大的进步，其DMFC实现超高密度的容量，与普通的锂电池相比，同样的密度下容量提升了5倍，将面向pDA、笔记本电脑、手机、数码相机等消费电子市场。索尼研制出的超小混合燃料电池同样具有颠覆性，大小仅为50mm×30mm，集成了燃料电池和传统电池以及控制电路，该电池系统同样以甲醇为燃料，可以满足大流量的移动设备供电需求。同时，各大公司不断进行新技术新材料的研发，三星公司针对手机研制出水燃料电池，只需加水就可以工作，并称其续航时间比普通充电电池长一倍，预计于2010年投入市场从短期来看，燃料电池可能最先会在移动电源领域取得商业化的成功。随着各项科技的进步，种类繁多的便携式电子用电设备让人目不暇接，传统电池容量的提高与电子设备节电设计也不能满足人们对于功能强大的电子设备的耗电需求，质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池将会在这一领域大有作为。作为移动电话、个人数字设备(pDA)、便携式摄像机、笔记本电脑、电动玩具等的电源，燃料电池将开创一条商业化应用的道路。燃料电池在这一领域已经显示了其优越性，加入燃料可以使电子设备工作更长时间，是具有很高能量密度的锂离子电池的数倍。而且，采用加注燃料的方法对电池进行“充电”，方便快捷，不需要经过二次电池所必需的动辄数小时的电化学充电过程。近几年，燃料电池在移动设备的应用方面格局已经渐渐明朗，代表了下—代移动电源的发展趋势。。

在未来的若干年里，燃料电池的需求将会突飞猛进。根据业内人士乐观估计，到2010年将会有上百万户家庭使用燃料电池作为家庭电源，将有数万辆燃料电池车在道路行驶。到那时，燃料电池将在全世界约有100亿美元左右的市场规模。