充甲醇一分钟,通话一星期?

作者: 蔡东民

来源: 科学大院

发布日期: 2019-08-27

本文介绍了甲醇燃料电池的历史、工作原理、优缺点以及在手机、笔记本电脑等电子产品中的应用,并探讨了其在新能源汽车领域的未来前景。

说起手机电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池大家都不陌生。然而,历史上还曾经出现过一种与众不同的电池,它的能量密度很高,但是又有天生缺陷,这就是甲醇燃料电池。上世纪九十年代末至本世纪初,锂离子电池技术还不是非常成熟,手机电池容量有待进一步提升,有的企业索性推出了甲醇燃料电池的手机。这是一种以燃料电池为电源的手机。

与其他电池不同的是,这种手机的电用光后,不能通过充电恢复电量,而是需要像加汽油一样给手机添加甲醇,电池会将储存在甲醇中的化学能转换为电能。甲醇燃料电池的不同之处在于,电池的化学能不是存储在电池材料中,而是储存在燃料当中,这里燃料指的就是甲醇,而正负极材料则起到催化的作用。所以手机需要配置额外的空间来储存甲醇,体积会相对比较大。

当手机快没电的时候,我们需要往手机中注入甲醇,就像没油的汽车需要添加汽油一样。甲醇燃料电池,最突出的优点就是能量密度高,比其它所有电池都要高出很多。1998年Manhattan Scientifics公司注册了商标名为Micro-Fuel Cell用于手机电源的微型直接甲醇燃料电池,以这种电池为电源的手机可待机6个月,连续通话1星期;而当时使用的锂离子电池只能待机2星期,连续通话5小时。

其续航能力简直不在同一个档次。与所有电池一样,甲醇燃料电池的应用可不仅仅局限于手机上,笔记本电脑、摄像机这类需要用到电的便携式电子产品都能够让它一展身手。甲醇燃料电池有优点,但是不足之处也十分明显:成本:前面提到过,电池的催化剂是铂。铂也称为白金、铂金,是一种比黄金还要贵的贵金属,由它制备成的电池,其成本可想而知。

电池中的电解质——质子交换膜,理论上质子交换膜只允许氢离子通过,可是实际上甲醇也能够穿过质子膜,这些穿过电解质的甲醇会抵达正极,直接和氧气反应,造成甲醇自放电,不但不产生电,而且会产生额外的热量,这部分的能量就被浪费掉了。开发一种可以阻止甲醇穿透的质子交换膜一直都是让科研人员头疼的问题。另一方面,为了阻止甲醇穿透,只能使用低浓度的甲醇水溶液,这无疑需要增大甲醇的储存空间。

功率密度小,且甲醇不易携带。甲醇燃料电池工作时会产生水、热量,所以需要水、热管理系统,电池的制造比二次电池更加复杂。而且它的功率密度很小,对于大功率的电子产品的应用非常不利。另外使用这种电池需要你手头时常备着一瓶甲醇,而甲醇又是易燃物品,很多场合不允许携带,这多多少少带来了一些使用上的不便。甲醇燃料电池只在历史上出现过很短的时间,很快它就淡出了人们视野。不过近年来它似乎又有卷土重来之势。

近几年,为响应低碳环保出行,新能源汽车做得风风火火,可是纯电动车的续航里程令人担忧,氢燃料汽车又面临着储氢、输氢上的诸多不便。随着中国甲醇产能的增速,有人便盯上了甲醇燃料电池汽车。与纯电动车相比,甲醇燃料电池汽车没有续航里程的忧虑;甲醇的加注和汽油一样方便,不存在充电时间长的问题。与氢燃料汽车相比,由于甲醇是液体燃料,不需要使用昂贵的储氢罐,存储和运输更加简单方便。

丹麦甲醇燃料电池制造商SerEnergy研制了一种甲醇燃料电池汽车,用一罐甲醇行驶距离可达800公里。不过,如果甲醇燃料电池的固有缺点得不到解决,这种汽车何时能投放市场还不得而知。有人认为,甲醇燃料电池只是技术尚未成熟,有人认为它纯粹是一个商业噱头。究竟,甲醇燃料电池会就这样销声匿迹,还是会迎来意想不到的未来,我们拭目以待。

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