燃料电池是一种清洁能源,它不依赖交流电源,而且供电时间长,所需燃料价格非常便宜,有望成为新一代手持式电子设备的电源。因此,世界上有很多公司都将其作为研发项目,其研究成果即将进入实用阶段。
对便携式电子装置(如移动电话、笔记本电脑、PDA和摄像机等)燃料电池的研究普遍看好直接甲醇燃料电池(DMFC)。这种电池由甲醇提供氢,由空气提供氧,利用氢氧反应产生的化学能转变为电能。
DMFC的基本原理可以用附图来说明。
甲醇(CH30H)和水(H20)从DMFC靠近阳极的一端进入并通过催化剂(通常是铂),使甲醇和水产生二氧化碳(CO2)、氢离子(H+)和电子(e-)。电子从阳极出发,经负载到达阴极,与空气中的氧和阳极移动到阴极的氢离子(H+)发生反应生成水。毫无疑问,电子从阳极经负载到达阴极,是化学能转变为电能的结果。阳极与阴极之间的聚合物薄膜,也叫作离子交换膜(pEM),其作用是阻挡甲醇从阳极一侧扩散到阴极一侧。这是目前仍没有完全解决的问题。DMFC的输出功率与PEM面积成正比。为了增加PEM的有效面积,有的采用三维结构纳米多孔膜(如ST公司),使DMFC的输出有可能超过500mW/cm(平方);有的采用印刷电路板类似技术(如ERD公司),在衬底上印刷出多个小单元,并形成阵列。由于一部分水会穿过薄膜到达阴极阻碍氧气与阴极的接触,影响电池效率,因此,电极的开发也是重要的环节。NEC公司开发的炭素纳米角纳米材料的电极。使电池效率比先前高出20%。并可连续工作40小时。东芝公司是推出DMFC样机最早和最多的公司,输出lW、重130g的DMFC,利用25mL的高浓度甲醇,能连续供电20小时。
在DMFC中,甲醇被装入燃料盒或瓶中,在DMFC进入实用化之前,面临许多问题需要解决。例如散热问题,燃料盒标准化问题,获准携带上商用航班问题及电池本身存在的一些技术问题。此外,为了防止燃料电池体积太大。只能按供电设备的所需平均功率设计。
燃料电池尚未步入成熟阶段,欲实现商业化并不是一些人先前预计的那么乐观。但是这种清洁能源距实用化并不遥远,它起码是可充电电池的补充物。