鉅大LARGE | 點擊量：529次 | 2021年12月25日
不要充電的秘密，實用化燃料動力電池揭秘
電池，成了制約移動設備發(fā)展的最大障礙，現(xiàn)有的鋰離子電池容量提升極其困難，所以只能在電池的原料上尋求突破。燃料動力電池在炒作多年之后終于開始實用化，今年開始出現(xiàn)了多款新品，甚至連LilliputianNectar移動電源也燒上了“燃料”，燃料動力電池真的來了。
“燃”名不副實
燃料動力電池從原理上看是一種電化學裝置，結(jié)構(gòu)與一般電池相同。整個電池是由正負兩個電極（負極即燃料電極和正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，限制了電池容量。而燃料動力電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。電池在工作的時候，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排出，燃料動力電池就能持續(xù)地發(fā)電。燃料動力電池并不是存儲電量的裝置，而是名符其實的把化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換器。
電池的燃料可以使用氫氣、天然氣、甲醇等含氫的化石燃料，也可以使用富含氫氣燃料，或由再生能源經(jīng)轉(zhuǎn)換成為氫氣燃料使用。在電池內(nèi)部，無論加注什么“燃料”，都要轉(zhuǎn)化為氫氣與氧氣參與反應（甲醇燃料可直接與氧氣反應）。燃料動力電池的核心技術為電極與電解質(zhì)，對電極的要求是表面積盡量大，所以燃料動力電池普遍體積較大，更加有利于將氫氣（甲醇）與氧氣催化為離子態(tài)的催化劑；而電解質(zhì)則要求擁有更好的導電性，以促成反應不斷進行，同時還能對生成的離子具備隔離能力，讓離子在電極處捕獲要的電子，而不是電解質(zhì)內(nèi)部捕獲，提升發(fā)電效率。
突破小型化瓶頸的嘗試
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料動力電池也算不上什么新技術，早在1839年，英國人W.Grove就提出了氫和氧反應可以發(fā)電的原理，這就是最早的氫-氧燃料動力電池?，F(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地應用于應急供電、汽車等大型設備，但是想要把燃料動力電池整合到筆記本、手機這類移動終端中，在很長一段時間之內(nèi)進展非常不順，究其根源還是其龐大體積的提及在作祟。
不差電的移動電源
在2013年，Lilliputian公司和羅姆公司在今年推出的新產(chǎn)品，是如何解決燃料動力電池小型化瓶頸的呢？先來看LilliputianNectar移動電源，其采用了不同一般的方法：這款移動電源的發(fā)電單元采用SOFC（固體氧化物），將裝有丁烷燃料的圓筒型燃料盒插到移動電源上之后，形成一個微型固體氧化物燃料動力電池。每個圓筒型燃料盒的發(fā)電容量為55Wh，利用微型固體氧化物燃料動力電池的高能量轉(zhuǎn)換效率，獲得實用化的量產(chǎn)電池。最為關鍵的是，在電池單元的核心技術方面采用名為“GeneratorChip”的微機電系統(tǒng)（MEMS）芯片，來提升轉(zhuǎn)換的效率，從而實現(xiàn)了小型化。這種移動電源已經(jīng)從國際民間組織（ICAO）及美國運輸部獲得了許可，可在飛機上攜帶。
這款移動電源即將在2013年夏季正式上市，售價為299.99美元（約人民幣1870元）。而每盒甲烷燃料的價格為9.99美元（約人民幣62元），能為智能手機充電10~14次，這就相當于每次充電要花人民幣4.5元，這價格還是有點貴。
LilliputianNectar移動電源，旁邊立著的就是燃料盒
加水發(fā)電的薄膜
當然，燃料動力電池并不一定就要加燃料，加水同樣也可以發(fā)電。不過，相比加其他燃料，加水的燃料動力電池的技術難點是如何找到一種儲存氫氣的材料。外接壓縮氣體鋼瓶或者采用吸氫材料是電動汽車等大功率應用中的常規(guī)思路，但面對移動終端應用時，直接使用氫氣會造成要么體積龐大、要么實現(xiàn)復雜的難題。因此在便攜燃料動力電池中，普遍采用加水通過化學反應出現(xiàn)氫氣的做法，日本羅姆公司的燃料動力電池產(chǎn)品應用的正是這一方法。
氫化鈣是一種灰白色結(jié)晶體，遇水可劇烈反應出現(xiàn)氫氣和氫氧化鈣。羅姆燃料動力電池的燃料來源就是氫化鈣+水：將氫化鈣固化為很小的薄膜，當注入水后，水和氫化鈣片材用途生成氫氣，然后在電解質(zhì)中生成氫離子，離子運動出現(xiàn)電能。最后生成物是水，不會出現(xiàn)二氧化碳和其他VOC（揮發(fā)性有機化合物）等有害物質(zhì)。由于燃料動力電池工作中生成物也是水，因此產(chǎn)品僅要加入少量水引發(fā)反應即可。
一塊體積為38mm×38mm×2mm大小的羅姆燃料動力電池，加水即可生成4.5L氫氣，并出現(xiàn)5Wh的電力。這種氫燃料動力電池體積小巧且可常溫工作，不僅可用于智能手機的充電，而且還可作為平板電腦和pC等設備的電池。在環(huán)保方面，由于使用水與鈣系燃料這類安全物質(zhì)，完全不會排放二氧化碳和有害氣體等，廢棄時也可作為一般廢棄物處理，與以往的各種電池相比，是一種極為環(huán)保的電池。
在2013年四月，這種燃料動力電池已經(jīng)正式開始量產(chǎn)。羅姆的目標是在本年內(nèi)，將燃料動力電池推廣到智能手機上使用。
成本問題待解決
燃料動力電池的成本仍居高不下，罪魁禍首就是其電極中的鉑催化劑。鉑是一種稀缺金屬，目前仍加快氫燃料動力電池中化學反應的最佳材料。要降低燃料動力電池的成本，最簡單的替代方法就是更換電極中的鉑。目前已有了鐵基催化劑、鉑鈀混合物以及具有聚合物涂層的多孔電極。但所有這些鉑替代法都有缺陷，那就是其電流密度低或是使用數(shù)百小時后其性能就會下降。
此外，由于燃料動力電池所采用的燃料基本都是易燃易爆物品，雖然電池內(nèi)部不會發(fā)生爆炸，但這些燃料都是為了安全所不允許攜帶的。包括如何封裝、向燃料動力電池供給燃料和燃料運輸與存放中的安全問題，以及運輸、存儲、安全及測試的標準也急需建立等等。不過，未來，燃料動力電池正式上市的時候，記得一定要購買獲得國際電工委員會（IEC）認證的產(chǎn)品，同時了解是否夠能帶上飛機，這樣才能實現(xiàn)環(huán)保的同時，還有安全的保證。
