替代电池的各种小型发电器
替代通常使用电池的技术开发正在蓬勃开展,一旦这些小型发电器得以普遍采用,便可实现不用电池的环境。
迄今,谈及携带式电源便是电池,而如考虑到电池寿命,便需用商用电源或AC适配器,可又有使用场所的限制。不仅如此,当今显示出最高性能的锂离子电池,其技术进步已到饱和状态,难以实现小型化。
受到人们关注的取代锂离子电池的电源是自己产生电能的发电器。其能源可以由某种机械引擎的燃料或自然现象得以保证,而且只要采用半导体的细微加工技术,就能安装在LSI芯片上实现小型化。
小型发电器的分类
取代锂离子电池的小型发电器大致要分为燃料系和自然能系两种(图1、图2)。
图5 透明太阳电池的光电电压
燃料系有使用汽油或丙烷气等普通机械引擎燃料的往复式/转缸式发电器或燃气轮机发电器,和以甲醇及氢为燃料的燃料电池。两者均能在瞬间达到高的输出。其功率密度指标以燃气轮机发电器最大,其后依次为往复式/转缸式发电器、燃料电池。因此,燃气轮机及往复式/转缸式发电器对追求高输出的机器人用电源有利,输出较低但作为长寿命指标的能量密度更高的燃料电池,则适合用于便携式设备的电源。这些燃料系发电器由于有越小型其发电效率越低的倾向,因此必须要有解决这个问题的对策。为了把燃气轮机或往复式/转缸式发电器小型化到芯片的尺寸,必须跨过许多难关。首先,如何让叶轮及活塞等机械部分高速运动而不剐破周围四壁,进而为提高效率,必须提高燃料压缩部与由燃烧而动作的部分的绝热性。
燃料电池已被制成在芯片上发电的元件,直接让甲醇发生反应的直接甲醇方式因其结构简单,有利于小型化。不过,要把能量密度提高到与锂离子电池相当,甲醇浓度必须浓到40%以上。而成问题的是甲醇穿透过固体电解质的窜渡(Cross-over)现象。因此,开发既传导发电所必要的粒子又不通过甲醇的高分子材料是重要的。此外,在补充燃料的球管及泵浦等机械部件方面,也必须实现小型和高性能。
自然能系是利用阳光、微振动、温差等自然产生的能量的发电器。虽然功率密度低于锂离子电池,但由于其能量在自然界大量存在,可以说能量密度无限之大。它们已用于钟表之类的超低电力工作的设备,以及经长时间蓄存于电容器后再放电的辅助电源等。比如,利用微振动和温差的发电,都已实际用于
