笔记本燃料电池知识介绍

        笔记本电池自燃问题由苹果、DELL公司发展到了松下、联想、IBM、日立等多家国际知名品牌的笔记本电脑，笔记本电脑燃料电池也日益受到人们的重视。下面就燃料电池知识做出以下介绍。

      解决对于小型化电子系统至关重要的便携式电源问题的过渡性解决方案。现在很多公司和研究机构都在不断公布自己在缩小燃料电池体积和可采用甲醇燃料的工程系统方面所取得的稳步进展。

            UltraCell公司、美国普度(Purdue)大学和乔治亚理工学院的近期开发进展引发了这样一种推测，即袖珍型燃料电池今后几年可能成为锂电池和镍氢电池的竞争对手。

           UltraCell 已经宣布推出了一种紧凑的燃料电池单元，体积约有平装书大小，它能够利用小型燃料容器产生25瓦的电力。该项目是为政府开发的，旨在为军队的野外系统供电。据UltraCell公司行销副总裁William Hill透露，该燃料电池的商用版将于明年推出。

           与此同时，普度大学的研究人员也推出了一种替代型燃料方案，该方案可简化燃料电池设计中最困难的部分，即氢生成系统。普度大学的研究人员在两种原先都具有严重缺陷的工艺中增加了一些纳米技术，从而研制成一种氢生成效率非常高的固态小球系统。

           据报道，乔治亚理工学院的一个项目在采用更高温度的聚合物系统进行高效率的电池设计方面已取得进展。一种新型化学系统使得聚合电解膜(PEM)电池中所用的膜不需要水就能工作，这种简化方案源自UltraCell公司基于甲醇的系统。

            “在过去10年中，我们一直听说有一种实用的系统将于18个月后问世。”UltraCell公司的Hill说。Hill最近演示了一个45瓦系统的原型设计。他表示，“我们计划在明年初向军队提供一个简化版的25瓦系统，随后将推出其商业版。”

成本障碍

          燃料电池技术今天仍存在成本障碍。袖珍型燃料电池的典型开发成本高达数万美元，而UltraCell公司的25瓦燃料电池最初售价约为1000美元，Hill透露。如同任何新技术一样，批量市场和工程改进将逐步把成本压下来，他说。

           “这些设备相当昂贵且很复杂，所以它们很容易出故障。迄今为止，其生产成本还没能降低到足以使普通人负担得起的程度。”Enderle集团的首席分析师Rob Enderle指出，“这些设备执行的是美国军用标准，尤其适于较大型的应用。但它们似乎在小型系统领域的问题最多。”

            对于联邦航空管理局(FAA)这样的机构，液体燃料也成为一个问题。由于担忧飞机上的易燃液体，FAA要求稀释该燃料。“这使得此种燃料不能用于这类应用中。”Enderle说。

          UltraCell的设计采用一种需要泵、压缩机和实时控制系统的改良工艺以便从甲醇中提炼出纯氢。将这个“化工厂”的体积缩小到适合手持系统是小型化燃料电池的主要工程挑战。

          燃料电池的电流生成过程是这样的。氢元素进入电池的一端并遇到一层催化膜，这层膜将氢原子分解成电子和质子。质子可以通过催化膜，但电子被阻止，这迫使它们穿过一个电路。在膜的另一侧，这些电子和质子重新结合成氢，并与氧发生化学反应生成水。

          不幸的是，由于氢原子只包括一个电子和一个质子，它几乎像电子一样不稳定，因此不能直接存储氢燃料。而甲醇是一种容易存储的液体，因此从甲醇生成氢就成为一种有吸引力的方法。

          尽管理论很简单，但直接采用甲醇的燃料电池原型设计还是遇到了由于催化过程与燃料电池阳极接触而引发的问题。此外，还需要采用稀有贵金属铂作为催化剂。而且该化学反应干扰了电的生成反应，从而使电池能量输出减小。

          另一个问题是要保持阳极湿润以维持化学反应，这就需要一个复杂的供水系统。UltraCell系统采用一种简化的方法进行甲醇转化，据Hill介绍，该方法是由Lawrence Livermore实验室开发成功的。采用此方法将纯氢供给燃料电池阳极而无需使用昂贵的铂催化剂。据称其结果将直接甲醇过程的发电效率提高了大约一倍。

基本物理学理论

               UltraCell系统的成本和体积最终可能减小到使其成为替代基于电池的笔记本电脑电源的一种实用方案，尽管开发出这种系统还差得远，Hill表示。“从基本物理学理论上讲这并非不能实现，”他指出，“借助微机电系统(MEMS)和纳米技术，我们可以做到这点。”

          普度大学的研究通过采用固态小球形式的预封装化学反应，可能消除基于甲醇的氢生成方法所存在的许多复杂问题。

            普度大学化工学院的Arvind Varma、Evgeny Shafirovich和Victor Diakov一直在寻求一种有前途的氢生成方法，该方法基于碱金属氢硼化物和某类氧化盐之间的一种燃烧反应。这种反应很容易建立且不需要催化剂，但以前的工作发现只有低浓度的混合物才能燃烧，而且氢的产率较低。

            现在普度大学的研究团队找到一种更简单的燃烧方法。它利用铝和水，二者在绝对温度大约为3000°k时结合生成氢和一种副产品-氧化铝。但此反应在氢产量方面令人失望，而且难以建立。

            研究人员首先通过采用铝纳米微粒粉末以及凝结水来改善铝-水系统。这些铝纳米微粒在较低的温度下结合，加之冷凝水聚集热量，这就进一步降低了反应温度。

                “我有金属燃烧方面的知识背景，因此我这样看待这两个过程，”Shafirovich表示，“除了氢之外，该反应还有两个产品：一个是氢硼化合物，类似于洗衣店用的硼砂产品，另一个是铝。这两者均无害，所以不会给笔记本电脑等消费应用带来任何中毒问题。”

             该固态系统还能避免易燃液体管制的麻烦，例如FAA。迄今为止，这种反应产生的氢气纯度似乎能达到99%，研究人员还计划采用质谱分析以发现各种杂质的精确含量。

            这些小球可被一个小的热源点燃，然后依靠它们自己的热量燃烧。实验表明6.7%的混合物转化成氢，这意味着100克混合物将生成大约7克的氢。

                S hafirovich设想了一种只有信用卡大小的容器装载该混合物粉末，这种容器可在需要时由一个控制系统激活以产生氢。该系统比基于流体的方案简单，比如基于甲醇的方法。他设想了一种用于笔记本电脑的燃料电池充电单元，当电池电量变低时可被激活。

          在乔治亚理工学院，由Meilin Liu领导的一个研究小组发现一种叫做triazole的化学制品，它能代替PEM电池中的水。triazole的传导率比聚合物膜高，而且能够在高于水沸点的温度工作。Liu乐观地表示，新系统将通过免除供水系统而减小燃料电池设计的复杂度，同时通过在更高的温度下工作来提高电池效率。
        Medis Technologies公司日前宣布了在专有燃料电池技术领域的最新突破，使其在功率和性能寿命水平达到了新的高度。该公司已成功测试了笔记本电脑外部电源充电器的原型演示器，能够提供15瓦以上高达12伏的稳定电源，单个电池可提供12小时以上的使用时间。

      这一新平台使该公司能够针对需要比现有Power Pack产品具备更高功率的其他市场，包括膝上电脑、UMPC产品、家用和办公用VoIP供电系统和家用稳态电源。

     “这些新进展代表了我们燃料电池技术重大的功能延伸，”Medis Technologies公司主席兼CEO Robert K. Lifton表示。“我们仍然专注于用于手机和类似便携式设备市场的Power Packs。同时，拥有具更高能量级别的新技术平台允许我们能针对额外的需要高能的新市场。我们为这些市场带来了独有的燃料电池技术的好处，即高效、不发热、无毒燃料、低成本和简单。我们打算开发的产品之一是通用充电器，可补给燃料，能够给便携式设备充电，令消费者享受到完全的灵活性和便利性。我们的商业战略是建立合资企业的合作关系，以充分利用我们的新能力。”

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