燃料電池將帶給我們另樣生活

　　提到“電池”，大家可能首先想到鋅錳電池、鎳氫電池、鋰電池，但你知道“燃料電池”嗎？燃料電池的工作原理和上述常規電池相同，即通過(guò)電化學(xué)反應將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉化為電能。與常規電池不同的是，燃料電池的燃料和氧化劑存放于電池的外部，它的工作方式更類(lèi)似于內燃機：只要保持燃料和氧化劑的供應，它就會(huì )不斷工作提供電能。與常規電池相比，燃料電池更像一個(gè)自動(dòng)運行的發(fā)電廠(chǎng)，具有更高的系統集成。

　　燃料電池不經(jīng)過(guò)熱機過(guò)程，能量轉化效率高，二氧化碳的排放量比常規火力發(fā)電廠(chǎng)減少40%以上。它對環(huán)境友好，幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。使用燃料電池發(fā)電，裝置無(wú)論大小實(shí)際發(fā)電效率都可達40%～60%，熱電聯(lián)用時(shí)，綜合能量效率可達80%，而傳統的火力發(fā)電站只有機組規模足夠大時(shí)才能獲得令人滿(mǎn)意的能量效率。燃料電池的發(fā)電方式與傳統的大型機組、大電網(wǎng)相結合，將會(huì )帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益，并能有效緩解由集中供電帶來(lái)的電網(wǎng)安全問(wèn)題。因此，世界各國爭相開(kāi)發(fā)燃料電池電站技術(shù)。目前，直接采用天然氣、煤氣做燃料的固體氧化物燃料電池，已經(jīng)完成100千瓦級的電站試驗；以?xún)艋簹?、天然氣為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池，已經(jīng)完成2兆瓦的實(shí)驗電站，至今已有近百臺以天然氣重整氣為燃料的磷酸燃料電池電站在世界各地運行。只要進(jìn)一步解決燃料電池電站的成本和壽命問(wèn)題，就可使其大規模商業(yè)化。

　　當地球上化石燃料用完后，氫被認為是最佳的能量載體，因此以氫為最佳燃料的燃料電池，被認為是具有革命意義的新一代能源動(dòng)力系統。以氫氣為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池，由于啟動(dòng)速度快、功率密度高、無(wú)污染等特點(diǎn)被認為是未來(lái)清潔汽車(chē)的最佳候選電源之一。從上世紀90年代起，美國、歐洲和日本的各大汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家和石油公司，看到燃料電池汽車(chē)巨大的市場(chǎng)潛力，紛紛投入巨資，組成聯(lián)盟，進(jìn)行燃料電池車(chē)的相關(guān)研究、試驗與生產(chǎn)，到現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出數百臺燃料電池汽車(chē)樣車(chē)，并加緊制定相關(guān)的產(chǎn)業(yè)標準。但由于目前車(chē)用燃料電池的壽命和成本還達不到商業(yè)化的要求，各國在繼續進(jìn)行示范的同時(shí)，都將重點(diǎn)重新轉向應用基礎研究。研究人員希望通過(guò)研究燃料電池各種基礎性的問(wèn)題，找到解決車(chē)用燃料電池壽命問(wèn)題的根本辦法，普遍認為燃料電池車(chē)產(chǎn)業(yè)化要在2015年左右。

　　當燃料電池以甲醇為燃料時(shí)，與傳統電池相比，其比能量至少要高10倍。比如，一個(gè)鋰離子電池能提供300瓦小時(shí)/升的電量，而甲醇燃料電池卻能提供4800瓦小時(shí)/升的電量。并且使用這種電池的時(shí)候既不需要到處尋找插座，也無(wú)需花時(shí)間等待充電，只要花一分鐘添加燃料就可以使設備保持工作。燃料電池的應用將會(huì )使移動(dòng)設備不再依賴(lài)電網(wǎng)，從而為手機、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品的電源帶來(lái)革命性的變革。有鑒于此，東芝、IBM、NEC、摩托羅拉等世界著(zhù)名企業(yè)都投入巨資研發(fā)這種燃料電池，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種樣機，正在致力于提高樣機連續運行的穩定性和電池產(chǎn)生的微量有害物質(zhì)消除問(wèn)題，很快就可將其商業(yè)化。

　　由此可見(jiàn)，燃料電池作為繼水力、火力、核能之后新一代能源技術(shù)，其廣闊的應用前景可與計算機技術(shù)相媲美。因而在2000年，燃料電池被美國《時(shí)代》周刊評為21世紀對人類(lèi)社會(huì )有重要影響的十大技術(shù)之一。

　　我國政府一直重視燃料電池技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)科技部“九五”攻關(guān)、973計劃、“十五”863計劃重大專(zhuān)項的經(jīng)費支持，我國燃料電池的研究開(kāi)發(fā)取得蓬勃發(fā)展，在國內已經(jīng)形成燃料電池的研究熱潮，有大約近百家單位，包括大學(xué)、研究所、公司在從事燃料電池技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。并且，我國已經(jīng)在燃料電池的多項核心技術(shù)方面取得突破，北京、上海、大連、武漢等城市已經(jīng)出現燃料電池汽車(chē)的試運行，開(kāi)發(fā)水平正在向國際一流水平邁進(jìn)。2006年10月12日，中科院大連化物所申報的創(chuàng )新能力建設項目“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”獲得國家發(fā)改委批準正式成立。燃料電池國家工程中心的建成將有力地加快我國燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)燃料電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

　　我們相信，在不久的將來(lái)，燃料電池一定會(huì )走進(jìn)我們的生活，像蒸汽機、內燃機一樣給人類(lèi)社會(huì )帶來(lái)巨大的變革。

　　作者介紹：邵志剛，出生于1969年，山西平遙人。先后畢業(yè)于大連理工大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所，獲工學(xué)博士學(xué)位。曾在香港科技大學(xué)、英國紐卡斯爾大學(xué)從事燃料電池研究工作。2006年初入選中國科學(xué)院“百人計劃”，現為中科院大連化學(xué)物理研究所副研究員。目前主要從事質(zhì)子交換膜燃料電池系統的應用基礎研究及工程技術(shù)開(kāi)發(fā)，研究成果曾獲多項國家專(zhuān)利, 并在國內外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表文章40余篇。