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便携市场推动燃料电池

作者:Darren Brown 得可公司可替代能源开发经理2009.04.02阅读 2341

        燃料电池技术的最近开发,使消费者得以享有电池供电设备更轻和长期运行寿命的优势。进一步的改进将令燃料电池产生最大的潜能。
  准备好了?
  燃料电池技术以多种应用提供可替代能源。优点包括温和地排放、如甲醇燃料的可更新属性、和较传统电池更大的能量密度。多年来科学界非常积极 - 燃料电池供电设备用于二十世纪六十年代和七十年的太空计划。但其主要的竞争通过高度有效的依附能源组成,包括电池、内燃机甚至煤炭或燃气发电站。燃料电池的商业化较很多人预料的进展更为缓慢。
  诸如人类引发气候变化和能量安全威胁的现代认知推动了开发矿物燃料的替代www.cechina.cn,涵盖燃料电池能量系统的IEC 62282标准的公布更切实地帮助了燃料电池的商业化。其使燃料电池公司较以往更坚定并经济地生成方案。与此同时,公司着手包括产品维护、保险和供应链组织的重要相关问题。
  另一方面,燃料电池技术也必须应付一系列安全挑战,如保证商务飞机运送罐装甲醇袋,以备如笔记本电脑的设备供电。
  便携式电源
  今年在德克萨斯州圣安东尼奥的燃料电池研讨会的主要话题,指出便携电源

市场可能是燃料电池开始作为规定能源的最合适场所。可能的应用范围从150W 或更高的便携军用电源组到消费产品的低功率设备(3W至20W)。最适合技术包括质子交换膜(PEMFC)、直接甲醇(DMFC)、固态氧化物(SOFC)和碱性(AFC)燃料电池。
  这些技术的主要益处体现较传统电池好很多的相对能量的重量特性。并使轻型电源组提供笔记本或手机明显更长的使用寿命。最新的例子是一个约罐装饮料大小的甲醇燃料电池可连续运行笔记本电脑高达 20 小时。
  大多数消费电子品牌有现行的燃料电池计划,并定位在不久的将来基于燃料电池科技进行新品的介绍。一些预报表明2007 年是燃料电池进入大众市场的年度,而其他则有相关的产品介绍直至2010年。尽管一些前景可能显得过于雄心勃勃,很多基于燃料电池的方案现即将启动。
  运作和构架
  燃料电池一般通过如甲醇的含氢燃料与氧化物之间进行的化学反应产生电源。导致的离子交换产生一股电流。关键是能量无须燃烧进行释放www.cechina.cn,从而避免通常燃烧产生的有害物质生成。主要副产品的水,给予燃料电池作为环境支持的能源的吸引力。
  大量围绕燃料电池技术的知识产权开发主要侧重于加速和控制燃料和氧化物之间反应的过程。其包括合适电极的设计、催化剂的构成、为分散燃料和氧化物的如 PEMFC 薄膜或SOFC基底的成份特性、和使燃料和氧化物流动和管理废弃物去除的充能过程的开发。能源电子系统也用于转换电源成储存和/或分配。
  举例来说,固态氧化物燃料电池经常构于为引发燃料含有多邻孔或通道的平面陶瓷或金属基板上。包含阴阳极和电解液的燃料电池的活性元素,涂敷在基板的上下层。精密印刷处理已成功应用于创建这些成分(图1)。如空气的氧化物,通过活性元素的表面进行传播。当陶瓷材料渗水控制工程网版权所有,燃料和氧化物可通过电解层交换离子而无需混合或燃烧。

精密印刷处理


  图1 精密印刷处理


  使用高速的内嵌印刷控制工程网版权所有,很多单个SOFC可同时建于单块基板上,生成若干瓦特输出的基本能量块。多基板连接形成大量之后可进行复制和相互连接以获得特定应用所需的额定功率的燃料电池(图2)。固定功率应用中,SOFC是建设大量高达一兆瓦以上的发电站的首选技术。其可建于相比传统的燃气发电站小很多的占地面积上。

燃料电池


  图2 燃料电池


  如PEMFC 或DMFC的膜类燃料电池,包含一层实际分隔燃料和氧化物同时维持两者间化学反应的聚合膜。薄膜基底具有特殊属性,但也必须进行一项如铂/碳离聚混合的很薄的催化涂敷处理。DMFC 中,薄膜的成分必须优化,以避免如涌水和燃料溢流的现象CONTROL ENGINEERING China版权所有,确保轻型、小巧、高效和长期持久的燃料电池。
  连带的电极和衬层也要求精密计量的特殊材料涂敷。其物理和化学特性对进行燃料电池反应至关重要。特性的不同 – 例如PEM电池膜厚度的改变或空隙或气泡的存在 - 将破坏性能和寿命。而精密印刷技术成功地应用于涂敷催化层、电极和衬层。相比一些如浸渍或喷涂的初期处理,精密印刷效果更一致、明显减少空隙、并预防如含铂催化剂的昂贵材料的损耗。结合近来成本减少的薄膜材料的开发,精密印刷已明显帮助削减燃料电池功率的每瓦特价格。
  通常使用钠或氢氧化钾电解的碱性技术(AFC),现也考虑作为商业、便携燃料电池应用。其优势在于使用相对的低成本、非特殊材料、显示很好的冷起动特性、和获得高电化转换效率。AFC可提供有效的解决方案;归根结底,AFC技术早在40 年前推动了那些最初的太空项目。
  固态燃料技术也开始出现,用于军事项目。消费应用中,固态燃料也许能减少航空公司就基于甲醇燃料电池的安全考虑,并提供控制能量转换和管理燃料电池寿命的其他机会。
 

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