燃料電池帶我們進入分散供電新時代
什么是燃料電池？
燃料電池,顧名思義,它是一種以燃燒特定的燃料而進行發(fā)電的裝置。它和普通干電池不同,不需要更換新電池;它也有別于常用的蓄電池,不必進行再充電。在燃料電池里,只需要從外界不斷地供應氫（H2）或甲醇等燃料,便可以持續(xù)地提供電能。也就是說,燃料中的氫氣在燃料電池內部與空氣中的氧氣（O2）進行化學反應后,在生成水的同時也產生出電流。其工作原理是電解水的逆向反應,當進行反應時產生的電流可引出加以利用。在燃料電池中,燃料電極供應氫氣的過程中同時收集氫離子（H+）釋放的電子;空氣電極提供氧氣,同時通過負載電路捕獲電子;兩電極之間設有電解質膜（固體離分子膜）,它只允許質子（H+）穿過,并同空氣電極的氧化合生成水;在燃料電極和空氣電極的另一面上分別設置有隔板,而隔板上分別有供應H2和O2的溝渠和排出H2O的水溝。每一塊燃料電池的輸出端電壓為0.7V,多塊燃料電池層疊后可構成燃料電池系統(tǒng)。
燃料電池反應時生成的水如何處理？
在面向便攜式設備應用的小巧燃料電池里,化學反應生成的水量是極其有限的,通常都變成水蒸氣蒸發(fā)到周圍的空氣里。然而,對于像汽車或是家庭住宅里的燃料電池系統(tǒng),將能產生一定量的水,需備有回收水的容器。如若是利用氫氣的燃料電池,經過化學反應生成的水是可以飲用的。例如,美國Apollo宇宙飛船里裝備的燃料電池生成的水,就已作為宇航員的飲用水。但是,值得注意的是,當利用甲醇水溶液作為燃料時,通過電解質膜殘存微量的甲醇,有可能生成甲醛,所以生成的水是對人體有害的。
燃料電池是何時發(fā)明的,其研究與開發(fā)進展如何？
燃料電池是英國人W.Grove于1939年發(fā)明的。真正實用水平的燃料電池,是1960年在美國首先用于宇宙飛船。燃料電池也是個大家族,根據(jù)電解質膜的種類和工作溫度,大體上可劃分為磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體電解質型和固體高分子型共四大類。其中,如今最引人矚目的是固體高分子型燃料電池。加拿大的Ballard Power Systems Inc.于1997年展示出固體高分子型燃料電池高輸出電力的可能性,以此為契機日美歐都積極投入燃料電池的研究與開發(fā)。
世界各國的燃料電池研究者認為,進入便攜式電子設備領域的難度較低,在不久的將來就會出現(xiàn)相應的新產品;從2005年開始,燃料電池將要漸漸地進入汽車動力系統(tǒng),以及家庭住宅的供電系統(tǒng)。
燃料電池的價格用戶能夠承受嗎？
從目前的試制樣品看,燃料電池的價格確實很高。例如,一臺汽車的動力系統(tǒng)需要幾十千瓦的燃料電池,其制造成本高達數(shù)千萬日元。作為燃料電池開發(fā)商,當務之急是降低其結構材料的成本。例如,電解質膜的成本,目前是5萬日元/m2,奮斗目標是削減到5000日元/m2。
