在空间任务中,在为航天飞机提供动力以及饮用水方面,质子交换膜燃料电池(PEMFC)已被广泛应用;在民用燃料电池中,作为中型电源应用并进入了商业化阶段的磷酸燃料电池(PAFC)成为首选;在工业试验阶段,熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)取得了不错的成绩;起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)则是发电领域最有应用前景的燃料电池,是未来大规模清洁发电站的首选。
一直以来,人们都在寻找一些既能够高效利用又不污染环境的能源利用方式。燃料电池可以说是较为理想的技术,它发电效率高、环境污染少,有利于推动电池技术的发展。但是,燃料电池在某些方面依然存在短板,需要进一步的探索。
燃料电池拥有诸多优势,但存在短板仍需探索
现在,生活中最常见的是锂电池。与燃料电池相比,二者有相同亦有不同。
放电原理相同。燃料电池和锂电池在对外输出电能时不是热机过程,而是等温绝热的电化学电源过程,因此效率都比较高。
工作方式不同。燃料电池输入的是化学能,输出的是电能。锂电池则是输入电能,输出的也是电能。因此,燃料电池是能量转化装置,而锂电池是储能装置。
相比之下,燃料电池的优势很多。
从能源结构的角度看,燃料电池占上风。在化石能占绝大部分的背景下,如何提高从化石能到消费终端的效率是电池领域考虑的重点,这其中的关键就在于能量转化装置的变革。相比之下,储能装置更侧重于优化能量利用的效率。
燃料电池对环境的污染也比较小,比如前面提到的以尿液为动力的燃料电池。其研究人员表示,这种电池是一种“价格低廉,可再生,可保持碳平衡”的产品。它的浪费程度极低,生产成本低至2英镑(约合18.5元人民币)左右。
从运载工具的角度看,燃料电池比锂电池更加适合汽车业态。化学反应需要氧化剂、燃料和反应场所,锂电池汽车需要这三样齐全,而燃料电池只需要后两样。锂电池中的氧化剂、还原剂存放的距离极近,即使不在工作状态下也会自己放电。而且锂电池为了达成寿命循环往往浅充浅放,因此不能保证每个循环都将油用干或加满,这就导致真实的里程比理论上的还要减半。
此外,燃料加注的过程是物理过程,速度上不受限制。而锂电池汽车能量的恢复是充电过程,也就是电解反应,这种过程需要控制,并且加注速度也受到电池技术进展程度的制约。
由此可见,燃料电池的优势的确不在少数。不过,燃料电池在一些方面仍存在缺陷。
比如在便携式电子设备的应用上,由于燃料电池的反映特性,系统集成简化难度远高于已经充分集成的锂电池及其他种类的电池。
另外,燃料电池的产业化程度偏低。目前的燃料电池尚未形成产业链,相比之下,锂电池针对便携式电子设备的现场电源已经形成了批量制造业。
不过,在汽车方面,燃料电池和锂电池均未形成产品制造业,其中最大的难点就在于电化学反应如何适应电机的负载大动态需求。
综上所述,燃料电池用途广泛,又拥有诸多优势,但是在许多方面仍存在短板,尚不能大规模投入使用。不过,科学家们和研究人员并未停止努力。巴斯大学的研究人员们一直在对尿液燃料电池进行研究,参与了这一项目的斯库勒博士表示:“这种新技术能改变穷人的生活,他们无需花大价钱就能用上电,这让我感到成就感十足”。希望在未来的某一天,燃料电池能够真正进入到我们的生活中,实现真正的高效率无污染发电。

电池网微信












