中心議題：

• 燃料電池的工作原理
• 燃料電池的分類
• 燃料氫的來源

解決方案：

• 利用質子交換膜和催化層的技術

隨著電子產品小型化的進展
，當前鋰離子電池的能量密度
，已經不能滿足便攜式筆記本電腦
、移動電話、PDA等電子設備的要求了。例如：一台新型的P4筆記本電腦平均功耗在100W左右

，若工作10h則需1kW•h，用7.4W•h的鋰離子聚合物電池供電需140塊，重量可達5～6kg；高性能的CPU要求400A/μs的轉換速率和100A以上的峰值電流，到2005年，此值將分別達到1000A/μs和150A；當移動電話增加接收地麵數字電視功能
，采用大型真彩顯示屏時，其供電量可增加到現在的（通常為700mA•h）3～4倍，達2A•h以上。

這zhe一yi切qie都dou對dui微wei電dian子zi產chan品pin的de供gong電dian係xi統tong提ti出chu了le新xin的de挑tiao戰zhan。正zheng當dang汽qi車che用yong的de大da功gong率lv清qing潔jie燃ran料liao電dian池chi開kai發fa遇yu到dao成cheng本ben高gao，難nan度du大da而er進jin展zhan緩huan慢man時shi
，卻que引yin發fa了le人ren們men開kai發fa研yan製zhi靈ling巧qiao的de燃ran料liao電dian池chi（SmartFuelCell）的(de)嚐(chang)試(shi)
，由(you)於(yu)大(da)膽(dan)地(di)采(cai)用(yong)了(le)新(xin)材(cai)料(liao)，新(xin)工(gong)藝(yi)
，研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)取(qu)得(de)了(le)突(tu)破(po)性(xing)的(de)進(jin)展(zhan)，並(bing)獲(huo)得(de)了(le)試(shi)製(zhi)品(pin)的(de)成(cheng)功(gong)，一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)氫(qing)氣(qi)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)脫(tuo)穎(ying)而(er)出(chu)。

現在它已從早期的能量密度50～80W•h/kg提高到1000W•h/kg，比當前流行的鋰離子電池能量密度150～300W•h/kg高出了許多。1OZ（盎司，=28.35g）燃料電池所釋放出的能量是900mA•h的鋰離子電池的2倍以上。理論計算表明，燃料電池所能提供的能量是同樣重量鋰離子電池所能提供能量的3倍，最大極限值是30倍。因此，激發了開發商加快開發和研究燃料電池的步伐。

雖然目前還存在燃料電池的成本、體積、標準化和安全認證等問題

，但開發商們普遍認為在未來的3～5年(nian)，這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)完(wan)全(quan)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)解(jie)決(jue)
，並(bing)批(pi)量(liang)投(tou)入(ru)生(sheng)產(chan)。現(xian)在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)了(le)一(yi)種(zhong)腰(yao)包(bao)式(shi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)為(wei)手(shou)機(ji)中(zhong)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)充(chong)電(dian)


，這(zhe)種(zhong)微(wei)型(xing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)添(tian)加(jia)盒(he)售(shou)價(jia)隻(zhi)有(you)1美元左右
，可支持20h的通話時間，燃料電池的OEM充電器大約在15meiyuanzuoyou
，zhezhonglingqiaoderanliaodianchikaifachenggong，fanguolaiyoucujinqichedonglixitongyongderanliaodianchihezhuzhaifensangongdianxitongdefazhan，zongzhiranliaodianchizhengchuzaipengbofazhanzhizhong，zhideguanzhu。

燃料電池的工作原理

燃料電池是用一種特定的燃料，通過一種質子交換膜（PEMProtonExchangeMembrane）和催化層（CLCatalystLayer）而產生電流的一種裝置，這種電池隻要外界源源不斷地供應燃料（例如氫氣或甲醇），就可以提供持續電能。

它(ta)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)，是(shi)利(li)用(yong)一(yi)種(zhong)叫(jiao)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)的(de)技(ji)術(shu)
，使(shi)氫(qing)氣(qi)在(zai)覆(fu)蓋(gai)有(you)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)作(zuo)用(yong)下(xia)，在(zai)陽(yang)極(ji)將(jiang)氫(qing)氣(qi)催(cui)化(hua)分(fen)解(jie)成(cheng)為(wei)質(zhi)子(zi)，這(zhe)些(xie)質(zhi)子(zi)通(tong)過(guo)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)到(dao)達(da)陰(yin)極(ji)
，在(zai)氫(qing)氣(qi)的(de)分(fen)解(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)釋(shi)放(fang)出(chu)電(dian)子(zi)，電(dian)子(zi)通(tong)過(guo)負(fu)載(zai)被(bei)引(yin)出(chu)到(dao)陰(yin)極(ji)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)產(chan)生(sheng)了(le)電(dian)能(neng)。

在陽極經過質子交換膜和催化劑的作用，其化學過程為：
H2→2H＋＋2e
在陰極質子與氧和電子相結合產生水：
H2＋ O2→H2O
也就是說燃料電池內部的氫與空氣中的氧進行化學反應，生成水的過程，同時產生了電流，也可以理解為是電解水的逆反應。

燃料電池在陽極除供應氫氣外，同時還收集氫質子（H＋）
，釋放電子；在陰極通過負載捕獲電子產生電能。質子交換膜的功能隻是允許質子H＋通過
，並與陰極中的氧結合產生水。這種水在反應過程中的溫度作用下，以水蒸氣的形式散發在空氣中（對汽車用的大功率燃料電池就要設置水的回收裝置）。注意，用氫作燃料電池所生成的是純淨水可以飲用，而用甲醇作燃料生成的水溶液中可能產生甲醛之類有毒物質不能飲用。page]

                                                      
                                                                圖1燃料電池工作原理示意圖

根gen據ju上shang述shu燃ran料liao電dian池chi的de工gong作zuo原yuan理li，隻zhi要yao不bu斷duan地di補bu充chong燃ran料liao
，燃ran料liao電dian池chi就jiu能neng不bu間jian斷duan地di運yun行xing
，提ti供gong電dian能neng。目mu前qian已yi有you公gong司si開kai發fa出chu筆bi杆gan形xing的de小xiao管guan裝zhuang載zai燃ran料liao的de燃ran料liao電dian池chi（類似於打火機形式）

，不過裝載燃料的小管須經常更換，就容易使電極中的催化劑鉑（PtPLatinum）和釕（RuRuthenium）的粒子凝聚，性能發生老化，以致減少燃料電池的壽命，目前正在改進中。

燃料電池的分類

由於人們是從不同角度來研究和開發燃料電池的，所以其種類也繁多，但目前主要有3種。

1質子交換膜技術

質子交換膜技術（或者稱聚合物電解液膜技術）——簡稱PEMFC（ProtonExchangeMembreneFuelCell）。由於它能提供比傳統鋰離子電池大約高出5～10倍(bei)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)
，比(bi)甲(jia)醇(chun)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)也(ye)有(you)更(geng)高(gao)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)
，所(suo)以(yi)
，人(ren)們(men)都(dou)看(kan)好(hao)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)技(ji)術(shu)的(de)氫(qing)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)，雖(sui)然(ran)它(ta)還(hai)存(cun)在(zai)著(zhe)儲(chu)存(cun)及(ji)安(an)全(quan)等(deng)問(wen)題(ti)


，但(dan)人(ren)們(men)正(zheng)在(zai)克(ke)服(fu)它(ta)

，最(zui)終(zhong)有(you)望(wang)在(zai)3～5年實現可存儲在像打火機大小的容器中，充一次氫氣發電可供手機使用幾天，它將是未來便攜式電子產品供電係統的首選。

2直接甲醇燃料電池

直接甲醇燃料電池——簡稱DMFC（DirectMethanolFuelCell）。tashiyijiachunweiranliao，tongguoyuyangjiehechanshengdianliude，youdianshizhijieshiyongjiachun
，shengquleqingdeshengchanyucunchu，yinwei，zaiqicheshangzaoyishiyongjiachunrongyezuoweidangfengbolideguaxiyele，gubucunzaianquanwenti。danjiachuncunzaixielouwenti，suiranyongshuixishikeyijiejue
，danshidianjiexiaolvquedadajiangdi，muqianzhengzaijiejueshenlouwenti。

3直接乙醇燃料電池

直接乙醇燃料電池——簡稱DEFC（DirectEthanolFuelCell）。為避免甲醇的滲漏問題，而采用乙醇，它也是由兩個電極
、燃料及電解液組成的。

總之
，3種燃料電池技術各有千秋
，都在為第三代（3G）移動電話的電源供電係統而努力工作著。

燃料氫的來源

我wo國guo有you六liu七qi千qian條tiao江jiang河he，雖sui然ran這zhe種zhong天tian然ran的de流liu水shui不bu太tai深shen，流liu量liang不bu太tai大da
，但dan它ta們men都dou能neng驅qu動dong發fa電dian機ji工gong作zuo，隻zhi要yao設she計ji一yi種zhong水shui力li直zhi流liu發fa電dian機ji，把ba它ta放fang入ru流liu動dong的de河he流liu中zhong，在zai水shui力li的de驅qu動dong下xia發fa電dian，利li用yong這zhe種zhong直zhi流liu電dian通tong過guo電dian解jie設she備bei去qu電dian解jie水shui，就jiu可ke以yi得de到dao氫qing和he氧yang
，然ran後hou經jing過guo氫qing的de檢jian測ce

、提純、壓縮、存儲等技術處理
，就可獲得99.999％dechunjingqing。zhenggeguochengshiyizhongchijiudelvsexinnengyuanxitonggongcheng
，shengchandequanguochengzhongzhixukaifayizhongdiyadadianliushuilifadianjizu，ergaoxiaodianjieshuishebei，qingqidehuishoujiance
，tichunzhuangzhi，yasuocunchushebeideng
，zaishichangshangjunyouchengpinchushou。

電解水產生氫的設備一般在200L/kW•h，如果是一台50kW的水力直流發電機
，一天24h可產生氫240kL，所以水是未來的燃料，未來的能源。圖2為燃料電池用的氫的提取與存儲的方框圖。

                                                   

燃ran料liao電dian池chi的de出chu現xian與yu發fa展zhan，將jiang會hui給gei便bian攜xie式shi電dian子zi設she備bei帶dai來lai一yi場chang深shen刻ke的de革ge命ming，並bing且qie還hai會hui波bo及ji到dao汽qi車che業ye，住zhu宅zhai
，以yi及ji社she會hui各ge方fang麵mian的de集ji中zhong供gong電dian係xi統tong。在zai21世紀中它將會把人類由集中供電帶進一種分散供電的新時代。

因為太陽能供電雖然能替代部分能源，但它與天氣有關

，受氣候的製約；核能利用又存在安全問題；唯wei有you燃ran料liao電dian池chi供gong電dian
，它ta沒mei有you二er氧yang化hua碳tan的de排pai放fang，可ke減jian輕qing溫wen室shi效xiao應ying使shi全quan球qiu氣qi候hou變bian暖nuan問wen題ti，它ta解jie決jue了le火huo力li發fa電dian使shi全quan球qiu環huan境jing汙wu染ran的de問wen題ti
，它ta是shi一yi個ge純chun正zheng的de綠lv色se清qing潔jie能neng源yuan。所suo以yi，我wo們men要yao加jia速su實shi現xian燃ran料liao電dian池chi的de商shang品pin化hua進jin程cheng

，中zhong國guo人ren應ying該gai在zai這zhe場chang能neng源yuan革ge命ming中zhong有you所suo作zuo為wei，跟gen上shang全quan球qiu技ji術shu發fa展zhan的de步bu伐fa。