燃料电池的根本作业原理及开展前景
摘要：首要介绍了燃料电池的根本作业原理和分类，氢气的生成，以及它的开展前景。
1、概述
跟着电子产品小型化的开展，当时锂离子电池的能量密度，现已不能满意便携式笔记本电脑、移动电话、PDA等电子设备的要求了。例如：一台新式的P4笔记本电脑均匀功耗在100W左右，若作业10h则需1kW·h，用7.4W·h的锂离子聚合物电池供电需140块，分量可达5～6kg；高功能的CPU要求400A/μs的转化速率和100A以上的峰值电流，到2005年，此值将别离抵达1000A/μs和150A；当移动电话增加接纳地上数字电视功用，选用大型真彩显示屏时，其供电量可增加到现在的（一般为700mA·h）3～4倍，达2A·h以上。这一切都对微电子产品的供电系统提出了新的应战。合理轿车用的大功率清洁燃料电池开发遇到本钱高，难度大而开展缓慢时，却引发了人们开发研发灵活的燃料电池（SmartFuelCell）的测验，由于斗胆地选用了新材料，新工艺，研讨作业取得了突破性的开展，并取得了试制品的成功，一种依据氢气的燃料电池锋芒毕露。
现在它已从前期的能量密度50～80W·h/kg提高到1000W·h/kg，比当时盛行的锂离子电池能量密度150～300W·h/kg高出了许多。1OZ（盎司，=28.35g）燃料电池所开释出的能量是900mA·h的锂离子电池的2倍以上。理论核算标明，燃料电池所能供给的能量是相同分量锂离子电池所能供给能量的3倍，最大极限值是30倍。因而，激发了开发商加快开发和研讨燃料电池的脚步。尽管现在还存在燃料电池的本钱、体积、标准化和安全认证等问题，但开发商们普遍认为在未来的3～5年，这些问题完全能够得到处理，并批量投入出产。现在市场上现已呈现了一种腰包式燃料电池为手机中的锂离子电池进行实时充电，这种微型燃料电池的增加盒价格只需1美元左右，可支撑20h的通话时间，燃料电池的OEM充电器大约在15美元左右，这种灵活的燃料电池开发成功，反过来又促进轿车动力系统用的燃料电池和住所涣散供电系统的开展，总归燃料电池正处在蓬勃开展之中，值得重视。
2、燃料电池的作业原理
燃料电池是用一种特定的燃料，通过一种质子交流膜（PEMProtonExchangeMembrane）和催化层（CLCatalystLayer）而发作电流的一种设备，这种电池只需外界源源不断地供给燃料（例如氢气或甲醇），就能够供给继续电能。它的作业原理，是运用一种叫质子交流膜的技能，使氢气在掩盖有催化剂的质子交流膜效果下，在阳极将氢气催化分化成为质子，这些质子通过质子交流膜抵达阴极，在氢气的分化进程中开释出电子，电子通过负载被引出到阴极，这样就发作了电能。
在阳极通过质子交流膜和催化剂的效果，在阴极质子与氧和电子相结合发作水。也就是说燃料电池内部的氢与空气中的氧进行化学反响，生成水的进程，一起发作了电流，也能够理解为是电解水的逆反响。
燃料电池在阳极除供给氢气外，一起还搜集氢质子（H＋），开释电子；在阴极通过负载捕获电子发作电能。质子交流膜的功用仅仅答应质子H＋通过，并与阴极中的氧结合发作水。这种水在反响进程中的温度效果下，以水蒸气的方式散发在空气中（对轿车用的大功率燃料电池就要设置水的收回设备）。留意，用氢作燃料电池所生成的是纯洁水能够饮用，而用甲醇作燃料生成的水溶液中或许发作甲醛之类有毒物质不能饮用。
依据上述燃料电池的作业原理，只需不断地弥补燃料，燃料电池就能不间断地运转，供给电能。现在已有公司开宣布笔杆形的小管装载燃料的燃料电池（类似于打火机方式），不过装载燃料的小管须常常替换，就简单使电极中的催化剂铂（PtPLaTInum）和钌（RuRuthenium）的粒子凝集，功能发作老化，致使削减燃料电池的寿数，现在正在改善中。
3、燃料电池的分类
由于人们是从不同视点来研讨和开发燃料电池的，所以其品种也繁复，但现在首要有3种。
3.1 质子交流膜技能
质子交流膜技能（或许称聚合物电解液膜技能）——简称PEMFC（ProtonExchangeMembreneFuelCell）。由于它能供给比传统锂离子电池大约高出5～10倍的能量密度，比甲醇燃料电池也有更高的能量密度，所以，人们都看好质子交流膜技能的氢燃料电池，尽管它还存在着贮存及安全等问题，但人们正在战胜它，终究有望在3～5年完成可存储在像打火机巨细的容器中，充一次氢气发电可供手机运用几天，它将是未来便携式电子产品供电系统的首选。
3.2 直接甲醇燃料电池
直接甲醇燃料电池——简称DMFC（DirectMethanolFuelCell）。它是以甲醇为燃料，通过与氧结合发作电流的，长处是直接运用甲醇，省去了氢的出产与存储，由于，在轿车上早已运用甲醇溶液作为挡风玻璃的刮洗液了，故不存在安全问题。但甲醇存在走漏问题，尽管用水稀释能够处理，可是电解功率却大大下降，现在正在处理渗漏问题。
3.3 直接乙醇燃料电池
直接乙醇燃料电池——简称DEFC（DirectEthanolFuelCell）。为防止甲醇的渗漏问题，而选用乙醇，它也是由两个电极、燃料及电解液组成的。
总归，3种燃料电池技能各有千秋，都在为第三代（3G）移动电话的电源供电系统而努力作业着。
4、燃料氢的来历
我国有六七千条江河，尽管这种天然的流水不太深，流量不太大，但它们都能驱动发电机作业，只需规划一种水力直流发电机，把它放入活动的河流中，在水力的驱动下发电，运用这种直流电通过电解设备去电解水，就能够得到氢和氧，然后通过氢的检测、提纯、紧缩、存储等技能处理，就可取得99.999％的纯洁氢。整个进程是一种耐久的绿色新动力系统工程，出产的全进程中只须开发一种低压大电流水力发电机组，而高效电解水设备，氢气的收回检测，提纯设备，紧缩存储设备等，在市场上均有制品出售。
电解水发作氢的设备一般在200L/kW·h，如果是一台50kW的水力直流发电机，一天24h可发作氢240kL，所以水是未来的燃料，未来的动力。图2为燃料电池用的氢的提取与存储的方框图。
5、结语
燃料电池的呈现与开展，将会给便携式电子设备带来一场深入的革新，而且还会涉及到轿车业，住所，以及社会各方面的会集供电系统。在21世纪中它将会把人类由会集供电带进一种涣散供电的新时代。由于太阳能供电尽管能代替部分动力，但它与气候有关，受气候的限制；核能运用又存在安全问题；唯有燃料电池供电，它没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它处理了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯粹的绿色清洁动力。所以，咱们要加快完成燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场动力革新中有所作为，跟上全球技能开展的脚步。 (end)
