在空間任務中,在為航天飛機提供動力以及飲用水方面,質子交換膜燃料電池(PEMFC)已被廣泛應用;在民用燃料電池中,作為中型電源應用并進入了商業

在空間任務中,在為航天飛機提供動力以及飲用水方面,質子交換膜燃料電池(PEMFC)已被廣泛應用;在民用燃料電池中,作為中型電源應用并進入了商業化階段的磷酸燃料電池(PAFC)成為首選;在工業試驗階段,熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)取得了不錯的成績;起步較晚的固態氧化物燃料電池(SOFC)則是發電領域最有應用前景的燃料電池,是未來大規模清潔發電站的首選。

一直以來,人們都在尋找一些既能夠高效利用又不污染環境的能源利用方式。燃料電池可以說是較為理想的技術,它發電效率高、環境污染少,有利于推動電池技術的發展。但是,燃料電池在某些方面依然存在短板,需要進一步的探索。

燃料電池擁有諸多優勢,但存在短板仍需探索

現在,生活中最常見的是鋰電池。與燃料電池相比,二者有相同亦有不同。

放電原理相同。燃料電池和鋰電池在對外輸出電能時不是熱機過程,而是等溫絕熱的電化學電源過程,因此效率都比較高。

工作方式不同。燃料電池輸入的是化學能,輸出的是電能。鋰電池則是輸入電能,輸出的也是電能。因此,燃料電池是能量轉化裝置,而鋰電池是儲能裝置。

相比之下,燃料電池的優勢很多。

從能源結構的角度看,燃料電池占上風。在化石能占絕大部分的背景下,如何提高從化石能到消費終端的效率是電池領域考慮的重點,這其中的關鍵就在于能量轉化裝置的變革。相比之下,儲能裝置更側重于優化能量利用的效率。

燃料電池對環境的污染也比較小,比如前面提到的以尿液為動力的燃料電池。其研究人員表示,這種電池是一種“價格低廉,可再生,可保持碳平衡”的產品。它的浪費程度極低,生產成本低至2英鎊(約合18.5元人民幣)左右。

從運載工具的角度看,燃料電池比鋰電池更加適合汽車業態。化學反應需要氧化劑、燃料和反應場所,鋰電池汽車需要這三樣齊全,而燃料電池只需要后兩樣。鋰電池中的氧化劑、還原劑存放的距離極近,即使不在工作狀態下也會自己放電。而且鋰電池為了達成壽命循環往往淺充淺放,因此不能保證每個循環都將油用干或加滿,這就導致真實的里程比理論上的還要減半。

此外,燃料加注的過程是物理過程,速度上不受限制。而鋰電池汽車能量的恢復是充電過程,也就是電解反應,這種過程需要控制,并且加注速度也受到電池技術進展程度的制約。

由此可見,燃料電池的優勢的確不在少數。不過,燃料電池在一些方面仍存在缺陷。

比如在便攜式電子設備的應用上,由于燃料電池的反映特性,系統集成簡化難度遠高于已經充分集成的鋰電池及其他種類的電池。

另外,燃料電池的產業化程度偏低。目前的燃料電池尚未形成產業鏈,相比之下,鋰電池針對便攜式電子設備的現場電源已經形成了批量制造業。

不過,在汽車方面,燃料電池和鋰電池均未形成產品制造業,其中最大的難點就在于電化學反應如何適應電機的負載大動態需求。

綜上所述,燃料電池用途廣泛,又擁有諸多優勢,但是在許多方面仍存在短板,尚不能大規模投入使用。不過,科學家們和研究人員并未停止努力。巴斯大學的研究人員們一直在對尿液燃料電池進行研究,參與了這一項目的斯庫勒博士表示:“這種新技術能改變窮人的生活,他們無需花大價錢就能用上電,這讓我感到成就感十足”。希望在未來的某一天,燃料電池能夠真正進入到我們的生活中,實現真正的高效率無污染發電。

[責任編輯:趙卓然]

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