燃料电池的商用突破就在便携产品
摘要： 和CDMA,GPS这些受到欢迎的技术一样,燃料电池同样经历了由**或者航空转向民用的过程,并且燃料电池的发展历程已经超过100年,在技术和安全方面已经得到验证。现在研究人员需要考虑的是,如何让它顺利地走进人们的日常生活中。大多数从事燃料电池研发的公司都认为便携式消费电子是一个绝佳的突破口。
关键词： 燃料电池;直接甲醇燃料电池;DMFC;电解质膜
我们在准备长途旅行之前,总是不会忘记检查是否随身携带了信用卡或者钱包,当然还有手机或者笔记本电脑的备用电池和充电器,它们的重要性伴随着人们对手机和笔记本电脑的依赖日益彰显。其症结所在就是电池的有限的工作时间,目前便携式电子产品使用的锂离子电池已经无法应付长时间操作的需求。一块手机普通的锂电池只能维持几天时间,笔记本电脑的电池也就几个小时。而随着无线技术和音视频功能越来越受欢迎,对电池的工作时间的要求与日俱增,传统二次电池(包括锂电池和镍电池)已经成为瓶颈,桎梏了便携式产品向更丰富功能的方向发展。
与传统二次电池相比,燃料电池的能量至少要高10倍。一个锂离子电池能提供300Whr/L的电量密度,而甲醇燃料电池的电量密度却高达4800 Whr/L,10ml的甲醇可以保证13.5小时的通话时间或者642小时的待机时间。因此,东芝、IBM、NEC等许多国际著名的电子公司都倾注精力和财力研究燃料电池,目前世界前十大营收企业,除Walmart外,均有投资氢能或燃料电池产业。
专攻便携式应用的DMFC
理论上,燃料电池(Fuel Cell)并不是电池,只是把燃料(例如氢气)和氧化剂通过电极反应直接生成电流的装置,由于它的生成物是水,因而具有相当的环保优势。燃料电池的典型结构就是层迭电池单元的堆栈(Stack),一个堆栈可以包含多个单独的燃料单元(图1)。而每个单元的基本结构与电解水装置相类似,包含2个正负电极(阳极和阴极),电解质以及催化剂。阳极为氢电极,阴极为氧电极,阳极和阴极上都含有一定量的催化剂,目的是用来加速电极上发生的电化学反应。以氢氧反应为例,在阴极催化剂的作用下,一个氢分子分解成2个氢离子,同时释放出2个电子,由于阻隔膜对电子的过滤作用,电子无法通过电解质只能绕行,从而形成电流。而氢离子可以顺利通过电解质达到阴极和空气中的氧原子反应生成水(图2)。
图1 燃料电池的基本结构
