不需要充電的秘密，實(shí)用化燃料電池揭秘

　　電池，成了制約移動(dòng)設備發(fā)展的最大障礙，現有的鋰電池容量提升極其困難，所以只能在電池的原料上尋求突破。燃料電池在炒作多年之后終于開(kāi)始實(shí)用化，今年開(kāi)始出現了多款新品，甚至連Lilliputian Nectar移動(dòng)電源也燒上了“燃料”，燃料電池真的來(lái)了。

　　“燃”名不副實(shí)

　　燃料電池從原理上看是一種電化學(xué)裝置，結構與一般電池相同。整個(gè)電池是由正負兩個(gè)電極（負極即燃料電極和正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內部，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉換元件。電池在工作的時(shí)候，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排出，燃料電池就能連續地發(fā)電。燃料電池并不是存儲電量的裝置，而是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉化為電能的能量轉換器。

　　電池的燃料可以使用氫氣、天然氣、甲醇等含氫的化石燃料，也可以使用富含氫氣燃料，或由再生能源經(jīng)轉換成為氫氣燃料使用。在電池內部，無(wú)論加注什么“燃料”，都要轉化為氫氣與氧氣參與反應（甲醇燃料可直接與氧氣反應）。燃料電池的核心技術(shù)為電極與電解質(zhì)，對電極的要求是表面積盡量大，所以燃料電池普遍體積較大，更有利于將氫氣（甲醇）與氧氣催化為離子態(tài)的催化劑；而電解質(zhì)則要求擁有更好的導電性，以促成反應不斷進(jìn)行，同時(shí)還能對生成的離子具備隔離能力，讓離子在電極處捕獲需要的電子，而不是電解質(zhì)內部捕獲，提升發(fā)電效率。

　　突破小型化瓶頸的嘗試

　　燃料電池也算不上什么新技術(shù)，早在1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應可以發(fā)電的原理，這就是最早的氫-氧燃料電池?，F在已經(jīng)被廣泛地應用于應急供電、汽車(chē)等大型設備，但是想要把燃料電池整合到筆記本、手機這類(lèi)移動(dòng)終端中，在很長(cháng)一段時(shí)間之內進(jìn)展非常不順，究其根源還是其龐大體積的提及在作祟。

　　不差電的移動(dòng)電源

　　在2013年，Lilliputian公司和羅姆公司在今年推出的新產(chǎn)品，是如何解決燃料電池小型化瓶頸的呢？先來(lái)看 Lilliputian Nectar移動(dòng)電源，其采用了不同一般的方法：這款移動(dòng)電源的發(fā)電單元采用SOFC（固體氧化物），將裝有丁烷燃料的圓筒型燃料盒插到移動(dòng)電源上之后，形成一個(gè)微型固體氧化物燃料電池。每個(gè)圓筒型燃料盒的發(fā)電容量為55Wh，利用微型固體氧化物燃料電池的高能量轉換效率，獲得實(shí)用化的量產(chǎn)電池。最為關(guān)鍵的是，在電池單元的核心技術(shù)方面采用名為“Generator Chip”的微機電系統（MEMS）芯片，來(lái)提升轉換的效率，從而實(shí)現了小型化。這種移動(dòng)電源已經(jīng)從國際民間航空組織（ICAO）及美國運輸部獲得了許可，可在飛機上攜帶。

　　這款移動(dòng)電源即將在2013年夏季正式上市，售價(jià)為299.99美元（約人民幣1870元）。而每盒甲烷燃料的價(jià)格為9.99美元（約人民幣62元），能為智能手機充電10~14次，這就相當于每次充電要花人民幣4.5元，這價(jià)格還是有點(diǎn)貴。

　　Lilliputian Nectar移動(dòng)電源，旁邊立著(zhù)的就是燃料盒

　　加水發(fā)電的薄膜

　　當然，燃料電池并不一定就需要加燃料，加水同樣也可以發(fā)電。不過(guò)，相比加其他燃料，加水的燃料電池的技術(shù)難點(diǎn)是如何找到一種儲存氫氣的材料。外接壓縮氣體鋼瓶或者采用吸氫材料是電動(dòng)汽車(chē)等大功率應用中的常規思路，但面對移動(dòng)終端應用時(shí)，直接使用氫氣會(huì )造成要么體積龐大、要么實(shí)現復雜的難題。因此在便攜燃料電池中，普遍采用加水通過(guò)化學(xué)反應產(chǎn)生氫氣的做法，日本羅姆公司的燃料電池產(chǎn)品應用的正是這一方法。

　　氫化鈣是一種灰白色結晶體，遇水可劇烈反應產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈣。羅姆燃料電池的燃料來(lái)源就是氫化鈣+水：將氫化鈣固化為很小的薄膜，當注入水后，水和氫化鈣片材作用生成氫氣，然后在電解質(zhì)中生成氫離子，離子運動(dòng)產(chǎn)生電能。最后生成物是水，不會(huì )產(chǎn)生二氧化碳和其他VOC（揮發(fā)性有機化合物）等有害物質(zhì)。由于燃料電池工作中生成物也是水，因此產(chǎn)品僅需要加入少量水引發(fā)反應即可。

　　一塊體積為38mm×38mm×2mm大小的羅姆燃料電池，加水即可生成4.5L氫氣，并產(chǎn)生5 Wh的電力。這種氫燃料電池體積小巧且可常溫工作，不僅可用于智能手機的充電，而且還可作為平板電腦和PC等設備的電池。在環(huán)保方面，由于使用水與鈣系燃料這類(lèi)安全物質(zhì)，完全不會(huì )排放二氧化碳和有害氣體等，廢棄時(shí)也可作為一般廢棄物處理，與以往的各種電池相比，是一種極為環(huán)保的電池。

　　在2013年4月，這種燃料電池已經(jīng)正式開(kāi)始量產(chǎn)。羅姆的目標是在本年內，將燃料電池推廣到智能手機上使用。

　　成本問(wèn)題待解決

　　燃料電池的成本仍居高不下，罪魁禍首就是其電極中的鉑催化劑。鉑是一種稀缺金屬，目前仍加快氫燃料電池中化學(xué)反應的最佳材料。要降低燃料電池的成本，最簡(jiǎn)單的替代方法就是更換電極中的鉑。目前已有了鐵基催化劑、鉑鈀混合物以及具有聚合物涂層的多孔電極。但所有這些鉑替代法都有缺陷，那就是其電流密度低或是使用數百小時(shí)后其性能就會(huì )下降。

　　此外，由于燃料電池所采用的燃料基本都是易燃易爆物品，雖然電池內部不會(huì )發(fā)生爆炸，但這些燃料都是為了航空安全所不允許攜帶的。包括如何封裝、向燃料電池供給燃料和燃料運輸與存放中的安全問(wèn)題，以及運輸、存儲、安全及測試的標準也急需建立等等。不過(guò)，未來(lái)，燃料電池正式上市的時(shí)候，記得一定要購買(mǎi)獲得國際電工委員會(huì )（IEC）認證的產(chǎn)品，同時(shí)了解是否夠能帶上飛機，這樣才能實(shí)現環(huán)保的同時(shí)，還有安全的保證。