新颖燃料电池“四两拨千斤”

无胶池微流体燃料电池 　　 　　液体在微尺寸（几十微米到几百微米）截面的槽道内流淌时，其物理特性会发生改变。比如，在一根直径几厘米的管道中注入两股不同颜色的水，它们一定会混合，但如果利用二氧化碳激光蚀刻机在有机玻璃板上刻出T型槽道（高度宽度均在1毫米以下），再利用医用注射泵推动两股流体在槽道中流动，它们却会形成层流并排前行。 　　 　　许多科研机构的研究人员利用微流体的特性开发了燃料电池，笔者所在的中国香港大学机械工程系研究小组也对此进行了研究。本来电池反应需要盐桥或者质子交换膜来完成整个电池回路的连接，但是在微流体环境下，质子可以在中间的交界带上轻易地自发移动。这样一来，原本占据很大空间、限制电池形状设计思路，并且占到整个电池成本80%以上的质子交换膜就可以被移除。 　　 　　微流体燃料电池通常选择甲酸、甲醇或者钒离子溶液作为电解液，以达到较高的能量密度；选用铂片或者石墨作为电极，保证电池达到较长的使用寿命。所有的溶液都通过简单的塑胶软管导入槽道进行反应，最后通过电极收集电子输出电流。单个钒离子燃料电池即可产生大约1.3伏电压，3片这样的电池堆叠在一起就可以为手机供电。反应后的溶液通过出口处的塑胶软管进行集中收集处理电解还原，做到零排放、零污染。 　　 　　与传统的干电池或铅蓄电池相比，微流体燃料电池的成本低，平均每个制作成本2元以内；体积小，只有一元硬币大小；质量小，仅有几克到十几克。目前，研究人员还在两方面展开攻关。第一，减小电池内阻，显着提高电压电流。第二，筛选和优化电极表面的催化剂，降低生产成本。 　　 　　铝-空气电池 　　 　　碱溶液和铝反应具有很高的电动势，利用这个原理可开发铝一空气电池。这种电池用透气的碳电极做阴极，铝箔做阳极，可以得到超过2伏电压，功率密度达到200亳瓦每平方厘米，做便携式、即抛式电池绰绰有余。 　　 　　铝作为一种较廉价的金属，广泛应用于生活生产的方方面面，但是废弃的铝制品回收再利用成本较高。如果能够推广铝一空气电池，不仅能够减少环境污染，还可以满足大众对于便携式电池的需要，可谓一举两得。现在已有大批海内外机构对铝一空气电池展开进一步研发投资，相信在不久的将来就可以在市面上见到它。 　　 　　微生物燃料电池 　　 　　微生物燃料电池利用微生物（通常是细菌）在缺氧条件下分解有机物（通常是食物残渣或生活废水），释放出电子和质子，电子通过电子传递介质传递到阳极，并通过外部电路传递到阴极形成电流。 　　 　　研究人员通过筛选细菌菌株、改进电池结构、优化传递介质等，进一步提升微生物燃料电池的性能。目前研究人员已经开发出可以高效处理污水的微生物燃料电池技术。比如，美国俄勒冈州立大学的研究人员开发的微生物燃料电池，可以利用1立方米污水产生2千瓦时以上电力。