MTI MicroFuel Cells公司将发布直接甲醇燃料电池(DMFC)专利技术,该技术基于一种革命性的简化结构,将第一次允许手持设备由集成的内部燃料电池供电。MTI Micro公司计划展示使用其Mobion DMFC 技术的便携系统原型,与采用传统锂离子解决方案的设备相比,该原型可具有长3到10倍的运行时间。
“在过去一年里,业界进行了大量研究来减小燃料电池的尺寸,以便使它直接附着在便携式设备上。但是开发出一种完全集成的电源解决方案依然是一个挑战。”Frost & Sullivan公司分析师Sara Bradford表示。实际上,许多燃料电池从背面或侧面“夹”在由它们供电的设备上,或者包裹在一个独立的装置中,再插入需要供电的设备。
“Smart Fuel Cell公司和Medion公司已经展示了由燃料电池供电的笔记本电脑扩充基座,”Bradford补充道,“但MTI Micro是首家推出集成式微燃料电池解决方案的公司。”
它的DMFC设计结构是基于一种允许直接供给甲醇的材料,避免了使用微型泵或大体积的存储罐。“这使我们有可能构建一种更小、更轻且更易于制造的燃料电池,同时维持较高的甲醇浓度,”MTI Micro 公司总裁兼CEO William Acker表示。
“我认为,我们已经解决了多年来一直妨碍燃料电池成为未来可携带能源的问题。”他强调。
“系统尺寸和可靠性等问题是为便携式电子系统开发燃料电池的障碍,”Bradford指出,“最初的DMFC设计存在甲醇渗透(crossover)现象,这会降低能够从甲醇混合液获得的能量密度。”
燃料电池通过电化学反应将化学能量转换成可用的电子能量,从而产生电能。与普通电池不同,它不会在内部储存化学能量,而是通过从外部存储罐持续供应燃料(如甲醇)来实现按需提供能量。典型的DMFC由一个薄膜分为两半,它从一边吸入甲醇和水,从另一边吸取空气。氢离子通过薄膜扩散,引起电子流动。
燃料电池首先从阴极(空气)端收集水,然后用一个外部泵将水抽回到阳极(燃料)端。“传统DMFC需要输入泵、循环泵、电子装置等复杂的组合系统把甲醇从燃料电池的一端输送到另一端,”Bradford解释道,“这使得工程师很难把DMFC设计得足够小,以便与便携设备集成在一起。”
一些公司已经尝试开发所谓的无源DFMC系统,它可以在同一个容器里携带水和甲醇,从而避免了从阴极收集水再泵送回阳极的过程。
“不过,同时运送水和燃料将严重降低系统的能量密度,因为水是没有能量的,”MTI Micro公司副总裁兼首席技术官Shimshon Gottesfeld表示。他还强调,尽管比前述方案简单,这种系统仍未必足够小而可被用于便携式设备。
MTI Micro的工程师们开发了一种新的结构,其中100%的甲醇或所谓“纯”甲醇可以直接被送入DMFC的阳极端,因此不需要在系统中运送水或集成泵和微管道子系统。这种突破是通过一种新的专利材料来实现的,这种材料能完全控制纯甲醇的供给,使其均匀分布在电池上。此外,该公司表示,这种新结构可以使甲醇的损耗降至最小。
“关键是使DMFC维持较高的能量含量。”Gottesfeld表示,“只有这样,微燃料电池才能被做得足够小,以便与先进的锂离子电池竞争。”
典型地,MTI Micro 公司的DMFC能使便携设备的运行时间延长3到10倍。“如果你使用的手机电池会在3天内耗竭,那么我们的微燃料电池在重新补充燃料之前可以让手机运行15天,”该公司CEO Acker表示。
为便携设备开发燃料电池的竞争对手包括卡西欧(Casio)、富士通、日立、Medis技术公司、NEC、三星和东芝。“但许多公司仍未解决微管道问题,”Gottesfeld表示。
MTI Micro计划首先进入工业和军用领域。它的第一款商用Mobion电源包是面向工业市场的,定于今年年底推出。Intermec 技术公司将在它的RFID标签读取器中集成一个这样的电源包。在军用方面,MTI Micro已经把它的产品原型销售给Harris RF通信公司和美国陆军研究实验室。Acker指出,今天特种部队的士兵需要携带重达165磅的个人装备,其中35磅是电池。
Acker预测,微燃料电池在消费电子领域的市场要到2007年才会起飞,尽管某些特定应用可能会在2006年兴起。对于消费类市场,供应商首先需要建立一个覆盖面广的燃料补充销售网络,并降低价格使燃料电池具有成本竞争力。“成本一直是这种替代性能源进入市场的障碍,”分析师Bradford表示。
为了解决燃料补充问题,与MTI Micro结成战略联盟的Gillett/Duracell公司将开发、制造燃料,并通过零售渠道进行销售。伟创立公司是MTI Micro公司DMFC产品的代工制造商。
此外,另一个障碍是法规的限制:目前美国运输法例规定,系统所包含的甲醇浓度必须不高于24%(否则易燃)才允许被带入飞机客舱。“但我们正在争取免除此项限制,”Acker表示。
MTI Micro公司成立于2001年,是已有40年历史的Mechanical 技术公司的子公司,现有60多名员工。它已经提出66项直接甲醇专利申请,至今已有8项获得批准。
作者:吉田顺子
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