听惯了燃料电池，微型燃料电池又是咋回事？

据今日湖北报道：一直以来，电池制造商都在想办法替代电化学电池。更高的能量密度，更小的体积，更低的成本和更快的充电速率是要主要考虑的问题。考虑到这种充电电池的高价位、有限寿命和有限功率，这种便携式电源所提供的电能也就不便宜了。详情可以了解日后科普专题：《化石燃料电池》。

传统电池将会被燃料电池取代吗？

自1839年威廉先生发明燃料电池一来，它就一直不受重视。到了20世纪50年代，这种电力发电设备才第一次被美国用于太空和军事计划。80年代，当科学家和股东们预见了一个由取之不尽的洁净能源世界--氢能源，燃料电池再次被大力推行。他们预测汽车将由燃料电池驱动，家庭供电将来自于自备燃料电池。90年代末期，由于燃料电池技术的推广，很多人把它视为了通往未来之门。然而由于制作成本高而且使用寿命较短使其仅停留在预想阶段。

燃料电池是利用氢气和氧气的化学反应产生水和电能的。反应过程不燃烧，无污染。而且副产物是纯净的水。Ballard公司（燃料电池技术先驱）用燃料电池产生的水泡茶给顾客喝，可见该反应系统十分环保。又因反应不产生废气，所以燃料电池可在密闭空间（如会客厅）里使用。理论上燃料电池的能量输出很高，但有一半会通过热能损失。

过去几年里，便携式燃料电池诞生了，其中，直接甲醇燃料电池（DMCF)是最有前途的。DMCF便宜、便捷、不需要重整制氢并拥有较好的电化学性能。目前DMCF可提供900Wh的电量和102Wh/L的能量密度，但是相较锂电池它的尺寸还是有点大。它是通过不断更换燃料盒充电的。像给汽车加油一样，这样可以连续供能。图1展示了一种微型索尼混合燃料电池；图2是向电池添加99.5%的纯甲醇的演示图。

图1：微型混合燃料电池 （可提供300mW的持续电力）

图2：东芝燃料电池（带燃料盒）（99.5%的纯甲醇存储在10ml存储槽中）

微型燃料电池的生产商坦言，高功率、小体积、低价格的新型电池的更新换代仍需几年时间。如今的微型燃料电池并不能直接替换掉传统电池，而是作为车载电池的充电器对其连续充电。

微型燃料电池仍在研发阶段，原因是多方面的。标准微型燃料电池输出功率是300mW，只够供手机充电。笔记本电脑每30W需要100个微型燃料电池连续供电。此外，交通运输当局禁止飞机上乘客携带瓶装燃料，这项规定也许很快就会改变。国际民用航空组织(ICAO)的危险品专家小组（DGP）已经特许在商业航班上运输和使用甲醇燃料电池了，但瓶装氢依然禁止携带。

为了满足笔记本电脑和其它电子设备对电池的需求，研发人员不断对电池进行改进，如东芝推出了发电功率在20W至100W的燃料电池样品，容量为100Wh/L样品燃料电池。其单电池结构复杂，比能量可与镍镉电池相媲美。 （很欣赏日本制造商描述该技术时的坦诚，将其描述为 “婴儿”）但东芝并没有表明该产品何时能商用。与此同时，松下声称他们研发了一款与东芝开发的燃料电池大小相似的功率在10W至20W燃料电池，其功率输出已经翻了一番。松下指出如果该燃料电池间歇地每天使用8小时，其寿命可达5000小时。而耐用性恰恰一直是燃料电池商业化的一个障碍。

Angstrom Power公司利用存储的氢和来自空气中的氧气开发了一款便携式燃料电池。该系统没有泵和风机，所以没有任何噪声。比起使用甲醇的燃料电池，使用纯氢的燃料电池效率更高且尺寸更小。旨在提供一个清洁，无噪音，可以在飞行时补充燃料的电源。同样也有应用到移动电话上的可能。21立方厘米长的盒式电池提供与10节一次性碱性电池同等的能量，唯一的副产物是水蒸汽，加一次燃料可以运行20h。

据Angstrom Power公司透露，微型氢燃料电池自行车灯在冬季和春季都呈现了良好的性能，用户反馈都都非常良好。氢燃料存储在21立方厘米的盒式电池中，可一次性提供约10节碱性电池的等效能量。反应唯一的副产物是水蒸汽，添加燃料只需要花费几分钟，可提供约20h连续的运行时间。

满足一个小的自行车灯的电能消耗并不是那么困难，采用低消耗的LED技术时尤其如此。而另一方面，一台笔记本电脑要求功率约为40W，一个小型燃料电池难以提供足够的功率输出以维持其需求。这一系统需要一个备用电池，实际上，燃料电池成为了电池的辅助部件，变成了一个充电器。燃料电池供电的移动电话和数码相机情况也类似。

军事领域和再制造领域也尝试使用微型燃料电池。图4展示了通过SFC（智能燃料电池）制成的便携式燃料电池。该EFOY燃料电池每天能提供600至2160Wh的不同容量。

图3：消费市场上的便携式燃料电池

燃料电池使得氢和氧转换为电力同时得到干净的唯一的副产物水，因此燃料电池可以在室内用作发电机。

和从外表看起来一样，要使得广大消费者接受，该产品还要解决许多问题。问题之一是起动缓慢，另一个是阳极的电化学活性低，与DMCF（直接甲醇燃料电池）比起来尤其明显。负载情况下每个电池产生约1V的电压，而较高的内部电阻会引起电压快速下降，内部的极限功率带宽导致了这一现象。第三个弱点是使用寿命比较短。当新的电池输出功率开始衰退，同时使用一个类似的老化电池作为辅助，容量也许能够变得很高。其中一个制约因素是内部阻抗逐渐升高，这限制了重负载电流的实际应用。设备要求和运行成本高是另一缺点。

遗憾的是，燃料电池还没有取得像微电子技术那样的突破。摩尔定律在这里并不适用。当考虑燃料电池作为替代能源还处于瓶颈中时，传统的电池看起来出奇的好。即使是在低温下，电池组小巧，干净，无噪音，并且能提供所需要高瞬间功率，我们希望燃料电池作为一种清洁能源顺利应用，成功拓展便携式电源的范围以及减少环境污染。