▌燃料動力電池的出現(xiàn)與原理

燃料動力電池目前已經(jīng)在多個領(lǐng)域都進行了應(yīng)用嘗試，雖然說法上是一種新型電池，其實它的出現(xiàn)并不新，早在1839年，英國物理學(xué)家威廉格羅夫就制作了世界上第一個燃料動力電池。上世紀(jì)60年代，燃料動力電池就在太空探索領(lǐng)域發(fā)揮了一定用途。

雖名為燃料動力電池，但其出現(xiàn)電量的方式并不是像內(nèi)燃機相同使燃料燃燒出現(xiàn)能量，而是在電池內(nèi)部讓燃料與氧或其他催化劑進行氧化還原反應(yīng)，從而把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其中最常見的燃料為氫，除了氫以外，一些碳?xì)浠衔锢缣烊粴狻⒋?、和甲烷等有時也會作燃料使用。

雖然燃料不同，但大部分燃料動力電池的工作原理和工作模式都差不多。

燃料動力電池內(nèi)部重要由三個相鄰區(qū)段組成：陽極、電解質(zhì)和陰極。兩個化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個不同區(qū)段的界面之間。用初中生的化學(xué)語言來簡單描述燃料動力電池的工作原理，就是消耗燃料與氧發(fā)生反應(yīng)，最終出現(xiàn)水、二氧化碳等以及電能。

燃料動力電池原理圖

在陽極上，通常要用催化劑將燃料氧化，使燃料變成一個正電荷的離子和一個負(fù)電荷的電子。然后通過經(jīng)特殊處理的電解質(zhì)溶液或特殊的膜將電子和離子隔離，讓離子通過電解質(zhì)，阻隔電子，接著讓被釋放的電子穿過一條電線，因而出現(xiàn)電流。離子通過電解液前往陰極。一旦達到陰極，離子與電子團聚，并且與氧氣反應(yīng)，從而出現(xiàn)水或二氧化碳。

▌燃料動力電池的分類和應(yīng)用

目前主流的燃料動力電池按電解質(zhì)種類可分為重要為以下五種：堿性燃料動力電池（AFC）、磷酸型燃料動力電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料動力電池（MCFC）、固體氧化物燃料動力電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料動力電池（PEMFC）。除此外還有一些類似于再生氫氧燃料動力電池(RFC)、直接醇類燃料動力電池（DMFC）等不常見的燃料動力電池。

燃料動力電池大致分類

根據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，現(xiàn)在市面上最有發(fā)展前景的兩種就是質(zhì)子交換膜燃料動力電池（PEMFC）和熔融碳酸鹽燃料動力電池（MCFC）。目前應(yīng)用最多的就是質(zhì)子交換膜的電池，這種電池要石墨烯作為介質(zhì)膜，然后用經(jīng)過納米技術(shù)處理的鉑金等貴金屬做催化劑，從而制成一個反應(yīng)片，每個反應(yīng)片能夠出現(xiàn)0.7~0.9V的電壓，假如想使用大功率，只需把反應(yīng)片組合起來變成一個增壓后的氫燃料電堆即可。其中質(zhì)子交換膜燃料動力電池（PEMFC）工作溫度為100℃以內(nèi)，功率輸出比較低，最適合用于消費級的電池需求，從電動汽車、無人機甚至于電腦、手機等，都可能實現(xiàn)使用質(zhì)子膜燃料動力電池來進行供電。

此外，很多業(yè)內(nèi)人士也重點提到了熔融碳酸鹽燃料動力電池（MCFC），因為MCFC結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因為它們的運行溫度高導(dǎo)致啟動時間緩慢，這使MCFC系統(tǒng)不適合移動應(yīng)用，比較合適定位于固定式燃料動力電池，由于其功率輸出也很高，所以更適合作為發(fā)電系統(tǒng)來使用。

▌燃料動力電池的優(yōu)劣勢

優(yōu)勢

氫燃料動力電池優(yōu)勢十分突出，這也就是為何很多從業(yè)者對其未來的發(fā)展持樂觀態(tài)度：

氫燃料動力電池可以不間斷的供應(yīng)穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡，并且在燃料耗盡之后，能夠快速補充燃料，再次進行供電，能有效提升作業(yè)的效率。

相對鋰離子電池來說，氫燃料動力電池更能適應(yīng)環(huán)境，在環(huán)境溫度非常低的情況下不會出現(xiàn)鋰離子電池那種斷電的情況。

壽命長，一般氫燃料動力電池都比鋰離子電池的使用壽命長幾十倍。

氫燃料動力電池非常的環(huán)保，其消耗氫燃料出現(xiàn)的排放物只是水或二氧化碳等物質(zhì)，并且待電池報廢后，其中的膜和催化劑等材料都是可回收再利用的。

劣勢

雖然有強于其他動力源的很多優(yōu)勢，但氫燃料動力電池的劣勢也非常明顯：

成本太高。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，制作質(zhì)子膜電池中膜的材料為石墨烯，目前市面上石墨烯的成本要近1000美金1克，另外催化劑要用一些稀有的貴金屬，這些金屬本身的價值高昂不說，還要做納米技術(shù)處理，這就更加提升了成本。

氫燃料源不易取得，目前加氫站的發(fā)展還處于萌芽階段，雖然現(xiàn)在市面上也有很多能夠買到氫氣的渠道，但是往氫燃料動力電池中加料要一種特殊的加壓設(shè)備，這種設(shè)備也并不是很普及。

另外，燃料的運送要的標(biāo)準(zhǔn)也很高，不便于消費者移動和攜帶。

氫燃料動力電池的安全性也飽受業(yè)內(nèi)人士質(zhì)疑，由于氫的易燃易爆性，加之氫燃料動力電池工作是會出現(xiàn)的溫度也過高，更新增了其發(fā)生事故的幾率。

綜合來看，目前氫燃料動力電池的發(fā)展并不是很成熟，記者咨詢了很多無人機的從業(yè)者，雖然其中很多人都承認(rèn)氫燃料動力電池是趨勢，但就目前來說，他們對其還是報一定的悲觀態(tài)度，認(rèn)為還不適合作為無人機的動力。當(dāng)然也不乏一些對氫燃料動力電池信心十足的從業(yè)者覺得，氫燃料動力電池的缺點瑕不掩瑜，很快就能發(fā)展成熟。