綠色動(dòng)力新潮流——燃料電池
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)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，含有陰陽兩個(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極進(jìn)入，氧氣（或空氣）則由陰極進(jìn)入燃料電池。經(jīng)催化劑的作用，陽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(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。
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)（Small Fuel Cells 2008）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)。
盡管直接甲醇燃料電池在便攜式設(shè)備中的應(yīng)用層出不窮，但是在大眾生活中普及仍面臨諸多挑戰(zhàn)。暫且不說如何克服其在甲醇穿透問題、水滿溢現(xiàn)象等技術(shù)難題，單從消費(fèi)者而言，它的成本，安全性、標(biāo)準(zhǔn)化等問題都制約著它的發(fā)展。業(yè)界樂觀預(yù)期，燃料電池量產(chǎn)化后，2010年價(jià)格有機(jī)會(huì)降到每瓦發(fā)電成本只要3美元。整體而言，直接甲醇燃料電池技術(shù)發(fā)展的腳步，除技術(shù)提升外，也需要完善的DMFC產(chǎn)業(yè)鏈支撐。
實(shí)際應(yīng)用
自1839年燃料電池問事以來，直到20世紀(jì)50年代，有關(guān)燃料電池的研究才有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，英國(guó)劍橋大學(xué)的Bacon用高壓氫氧制成了具有實(shí)用功率水平的燃料電池。60年代，這種電池成功地應(yīng)用于阿波羅(Appollo)登月飛船。從60年代開始，氫氧燃料電池廣泛應(yīng)用于宇航領(lǐng)域，同時(shí)，兆瓦級(jí)的磷酸燃料電池也研制成功。80年代以后，各種小功率電池在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用�，F(xiàn)階段，憑借燃料電池具有節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高、排放零污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，其在固定發(fā)電系統(tǒng)、交通工具用電源及便攜式設(shè)備電源等方面占有了廣闊的應(yīng)用空間。
