ST研发有新突破,微型燃料电池将取代手机电池

根据芯片制造商意法半导体(ST)的最新研究成果,将来,人们无需再给手机、笔记本等便携终端的电池定期充电。据该公司的高级研发部门报告,ST已经在微型燃料电池开发上取得了新的进展,这种能够装进手机内的微型燃料电池,利用价格低廉、货源充足的有机燃料,为手机提供工作所需的全部能量。

燃料电池是一种利用电化学反应代替燃料燃烧发电的器件。最近几年,燃料电池因有望产生清洁而且低廉的能量而引起人们的极大关注。虽然,在燃料电池技术的新兴应用领域,主要是以汽车应用为目标,但是,ST的研究人员一直在进行采用小型燃料电池取代手机的充电电池的研究,这种小型燃料电池可以随时补充燃料,就像可以充气的打火机。

ST公司微型燃料电池技术研发组的负责人Salvo Coffa博士说:“用燃料电池取代普通电池,将会使手机变得更加轻巧,使用起来更为方便,因为,燃料电池可以随时加满燃料,操作简单方便。此外,在环保方面,小型燃料电池还有巨大的优势,因为燃料来自可持续利用的有机资源,而副产品主要是水和二氧化碳,其中,小型燃料电池产生的二氧化碳低于化石燃料燃烧产生的二氧化碳。”

燃料电池工作时伴随氢氧之间的化学反应,产生水、热和电能,典型情况下,燃料电池由一对电极组成(阳极和阴极),电极被允许质子(氢离子)通过而不允许电流通过的薄膜分开。此外,催化剂如铂用于加快反应速度,从而提高最后产生的电能。

将燃料电池应用到手机中出现的主要问题可能是,电源(电池或燃料电池)必须能够在3.6V电压时产生大约300mA的电流,而且电池体积不得超过12立方厘米。但是,燃料电池的输出电流与电极和薄膜之间的共接触面有直接的关系,如果使用普通燃料电池技术取得300mA电流,电极和薄膜之间的共面就需要达到大约60平方厘米,远远超出一台手机所能提供的面积。

通过开发新技术,ST在克服这个问题上取得了重大进步,新的燃料电池可以设计成3D结构,含有数千个能够最大限度扩大燃气、催化剂和电极之间接触面的微型埋沟。

ST研发团队成功地制造出一种特殊的极小的多孔层,由一个含有数百万个孔的硅层组成,每个孔的直径只有几纳米。这些小孔使硅层的有效表面变大,从而提高了催化剂的效率。此外,ST团队正在与那不勒斯大学合作,开发质子导通性和成本比今天商用薄膜材料更优异的新型薄膜材料。

背景资料:

原则上讲,燃料电池和普通电池工作原理一样。与普通电池不同的是,燃料电池不会用完,也不需要充电。只要有燃料供给,燃料电池就会产生电能和热能。

燃料电池是由在一种电解液内被做成夹层状的两个电极组成。产生电、水和热时,氧通过一个电极,而氢则通过另一个电极。

氢燃料被送进燃料电池的“阳极”,氧(或空气)通过“阴极”进入燃料电池。在催化剂的促进下,氢原子分裂成质子和电子,它们通过不同的通道进入阴极。质子流经电解液。电子单独形成一股电流,在返回到阴极与氢氧结合形成水分子之前,这股电流可以被利用。

一个燃料电池系统包括一个“燃料变换器”,可以利用从天然气到甲醇甚至汽油等任何碳氢燃料产生的氢,因为燃料电池是通过化学反应而不是燃烧来产生电能,所以,这类系统的排放量将会比最清洁燃料的燃烧过程的排放还低很多。