綠色動力新潮流——燃料電池
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綠色動力新潮流——燃料電池  2012/3/1
隨著能源緊張、油價攀升,環境污染嚴重,節能環保成為人類不懈努力的方向。燃料電池以其效率高、零污染、使用方便等特點進入人類的視野,在諸多領域的應用也應運而生,成為人們關注的熱點。  工作原理  1839年英國的Grove發明了燃料電池,并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單氫氧燃料電池點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能通過電極反應直接轉換成電能的裝置,含有陰陽兩個電極,分別

隨著能源緊張、油價攀升,環境污染嚴重,節能環保成為人類不懈努力的方向。燃料電池以其效率高、零污染、使用方便等特點進入人類的視野,在諸多領域的應用也應運而生,成為人們關注的熱點。

工作原理

1839年英國的Grove發明了燃料電池,并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單氫氧燃料電池點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能通過電極反應直接轉換成電能的裝置,含有陰陽兩個電極,分別充滿電解液,而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成(見圖1)。氫氣由燃料電池的陽極進入,氧氣(或空氣)則由陰極進入燃料電池。經催化劑的作用,陽極的氫原子分解成兩個氫質子與兩個電子,質子被氧“吸引”到薄膜的另一邊,電子則由外電路形成電流后,到達陰極。在陰極催化劑作用下,氫質子、氧及電子,發生反應形成水分子,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——便攜式設備的綠色動力

燃料電池種類繁多,直接甲醇燃料電池(DMFC)在便攜式設備中的發展潛力巨大。直接甲醇燃料電池以液態甲醇為燃料,體積能量密度約為液態氫的3~4倍,操作溫度在80℃,儲存與運送遠較氫氣方便及安全,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品的需求。

DMFC系統由四部分組成:由數片燃料電池堆疊成的燃料電池本體,包含電力轉換、能源管理控制、濕度控制、負載控制等元件的電能控制系統,燃料供應與水、熱管理元件等周邊設備,主要構成元件是負責甲醇燃料輸送的壓力泵、風扇、送風機、監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系統。為適應便攜式設備的應用,直接甲醇燃料電池還可細分為主動式直接甲醇燃料電池與被動式直接甲醇燃料電池兩種。早期開發多集中在主動式DMFC,但由于甲醇水溶液的循環系統較為復雜,體積重量不易縮減,被動式DMFC也漸被重視。

現階段,用于便攜式設備的燃料電池的不斷出新:2008年4月在美國亞特蘭大召開的便攜式產品燃料電池大會(Small Fuel Cells 2008)期間,夏普表示已經在直接甲醇燃料電池方面取得相當大的進步,其DMFC實現超高密度的容量,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、數碼相機等消費電子市場。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電池以及控制電路,該電池系統同樣以甲醇為燃料,可以滿足大流量的移動設備供電需求。同時,各大公司不斷進行新技術新材料的研發,三星公司針對手機研制出水燃料電池,只需加水就可以工作,并稱其續航時間比普通充電電池長一倍,預計于2010年投入市場。

盡管直接甲醇燃料電池在便攜式設備中的應用層出不窮,但是在大眾生活中普及仍面臨諸多挑戰。暫且不說如何克服其在甲醇穿透問題、水滿溢現象等技術難題,單從消費者而言,它的成本,安全性、標準化等問題都制約著它的發展。業界樂觀預期,燃料電池量產化后,2010年價格有機會降到每瓦發電成本只要3美元。整體而言,直接甲醇燃料電池技術發展的腳步,除技術提升外,也需要完善的DMFC產業鏈支撐。

實際應用

自1839年燃料電池問事以來,直到20世紀50年代,有關燃料電池的研究才有了實質性的進展,英國劍橋大學的Bacon用高壓氫氧制成了具有實用功率水平的燃料電池。60年代,這種電池成功地應用于阿波羅(Appollo)登月飛船。從60年代開始,氫氧燃料電池廣泛應用于宇航領域,同時,兆瓦級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、交通等各個領域中得到應用。現階段,憑借燃料電池具有節能、轉換效率高、排放零污染、結構簡單、運行平穩等特點,其在固定發電系統、交通工具用電源及便攜式設備電源等方面占有了廣闊的應用空間。

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