燃料电池带我们进入分散供电新时代
什么是燃料电池？
燃料电池,顾名思义,它是一种以燃烧特定的燃料而进行发电的装置。它和普通干电池不同,不需要更换新电池;它也有别于常用的蓄电池,不必进行再充电。在燃料电池里,只需要从外界不断地供应氢（H2）或甲醇等燃料,便可以持续地提供电能。也就是说,燃料中的氢气在燃料电池内部与空气中的氧气（O2）进行化学反应后,在生成水的同时也产生出电流。其工作原理是电解水的逆向反应,当进行反应时产生的电流可引出加以利用。在燃料电池中,燃料电极供应氢气的过程中同时收集氢离子（H+）释放的电子;空气电极提供氧气,同时通过负载电路捕获电子;两电极之间设有电解质膜（固体离分子膜）,它只允许质子（H+）穿过,并同空气电极的氧化合生成水;在燃料电极和空气电极的另一面上分别设置有隔板,而隔板上分别有供应H2和O2的沟渠和排出H2O的水沟。每一块燃料电池的输出端电压为0.7V,多块燃料电池层叠后可构成燃料电池系统。
燃料电池反应时生成的水如何处理？
在面向便携式设备应用的小巧燃料电池里,化学反应生成的水量是极其有限的,通常都变成水蒸气蒸发到周围的空气里。然而,对于像汽车或是家庭住宅里的燃料电池系统,将能产生一定量的水,需备有回收水的容器。如若是利用氢气的燃料电池,经过化学反应生成的水是可以饮用的。例如,美国Apollo宇宙飞船里装备的燃料电池生成的水,就已作为宇航员的饮用水。但是,值得注意的是,当利用甲醇水溶液作为燃料时,通过电解质膜残存微量的甲醇,有可能生成甲醛,所以生成的水是对人体有害的。
燃料电池是何时发明的,其研究与开发进展如何？
燃料电池是英国人W.Grove于1939年发明的。真正实用水平的燃料电池,是1960年在美国首先用于宇宙飞船。燃料电池也是个大家族,根据电解质膜的种类和工作温度,大体上可划分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型和固体高分子型共四大类。其中,如今最引人瞩目的是固体高分子型燃料电池。加拿大的Ballard Power Systems Inc.于1997年展示出固体高分子型燃料电池高输出电力的可能性,以此为契机日美欧都积极投入燃料电池的研究与开发。
世界各国的燃料电池研究者认为,进入便携式电子设备领域的难度较低,在不久的将来就会出现相应的新产品;从2005年开始,燃料电池将要渐渐地进入汽车动力系统,以及家庭住宅的供电系统。
燃料电池的价格用户能够承受吗？
从目前的试制样品看,燃料电池的价格确实很高。例如,一台汽车的动力系统需要几十千瓦的燃料电池,其制造成本高达数千万日元。作为燃料电池开发商,当务之急是降低其结构材料的成本。例如,电解质膜的成本,目前是5万日元/m2,奋斗目标是削减到5000日元/m2。
