隨著能源緊張、油價攀升，環境污染嚴重，節能環保成為人類不懈努力的方向。燃料動力電池以其效率高、零污染、使用方便等特點進入人類的視野，在諸多領域的應用也應運而生，成為人們關注的熱點。

工作原理

1839年英國的Grove發明了燃料動力電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單氫氧燃料動力電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料動力電池（FuelCell），是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置，含有陰陽兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成（見圖1）。氫氣由燃料動力電池的陽極進入，氧氣（或空氣）則由陰極進入燃料動力電池。經催化劑的用途，陽極的氫原子分解成兩個氫質子與兩個電子，質子被氧“吸引”到薄膜的另一邊，電子則由外電路形成電流后，到達陰極。在陰極催化劑用途下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子，因此水是燃料動力電池唯一的排放物。

圖1燃料動力電池工作原理

DMFC――便攜式設備的綠色動力

燃料動力電池種類繁多，直接甲醇燃料動力電池（DMFC）在便攜式設備中的發展潛力巨大。直接甲醇燃料動力電池以液態甲醇為燃料，體積能量密度約為液態氫的3～4倍，操作溫度在80℃，儲存與運送遠較氫氣方便及安全，且取得容易，成本低、體積小、重量輕，因此更符合便攜式電子產品的需求。

DMFC系統由四部分組成：由數片燃料動力電池堆疊成的燃料動力電池本體，包含電力轉換、能源管理控制、濕度控制、負載控制等元件的電能控制系統，燃料供應與水、熱管理元件等周邊設備，重要構成元件是負責甲醇燃料輸送的壓力泵、風扇、送風機、監控甲醇濃度的傳感器，以及包括甲醇燃料罐及純水罐燃料供應系統。為適應便攜式設備的應用，直接甲醇燃料動力電池還可細分為主動式直接甲醇燃料動力電池與被動式直接甲醇燃料動力電池兩種。早期開發多集中在主動式DMFC，但由于甲醇水溶液的循環系統較為復雜，體積重量不易縮減，被動式DMFC也漸被重視。

現階段，用于便攜式設備的燃料動力電池的不斷出新：2008年四月在美國亞特蘭大召開的便攜式產品燃料動力電池大會（SmallFuelCells2008）期間，夏普表示已經在直接甲醇燃料動力電池方面取得相當大的進步，其DMFC實現超高密度的容量，與普通的鋰離子電池相比，同樣的密度下容量提升了5倍，將面向pDA、筆記本電腦、手機、數碼相機等消費電子市場。索尼研制出的超小混合燃料動力電池同樣具有顛覆性，大小僅為50mm30mm，集成了燃料動力電池和傳統電池以及控制電路，該電池系統同樣以甲醇為燃料，可以滿足大流量的移動設備供電需求。同時，各大公司不斷進行新技術新材料的研發，三星公司針對手機研制出水燃料動力電池，只需加水就可以工作，并稱其續航時間比普通充電電池長一倍，預計于2010年投入市場。

盡管直接甲醇燃料動力電池在便攜式設備中的應用層出不窮，但是在大眾生活中普及仍面對諸多挑戰。暫且不說如何克服其在甲醇穿透問題、水滿溢現象等技術難題，單從消費者而言，它的成本，安全性、標準化等問題都制約著它的發展。業界樂觀預期，燃料動力電池量產化后，2010年價格有機會降到每瓦發電成本只要3美元。整體而言，直接甲醇燃料動力電池技術發展的腳步，除技術提升外，也要完善的DMFC產業鏈支撐。

實際應用

自1839年燃料動力電池問事以來，直到20世紀50年代，有關燃料動力電池的研究才有了實質性的進展，英國劍橋大學的Bacon用高壓氫氧制成了具有實用功率水平的燃料動力電池。60年代，這種電池成功地應用于阿波羅(Appollo)登月飛船。從60年代開始，氫氧燃料動力電池廣泛應用于宇航領域，同時，兆瓦級的磷酸燃料動力電池也研制成功。80年代以后，各種小功率電池在宇航、特種、交通等各個領域中得到應用。現階段，憑借燃料動力電池具有節能、轉換效率高、排放零污染、結構簡單、運行平穩等特點，其在固定發電系統、交通工具用電源及便攜式設備電源等方面占有了廣闊的應用空間。

在發電系統應用中，傳統的火力發電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，燃燒時還會排放大量的有害物質。而使用燃料動力電池發電，不受卡諾循環（由兩個絕熱過程和兩個等溫過程構成的循環過程）的限制，將燃料的化學能直接轉換為電能，不要進行燃燒，沒有轉動部件，理論上能量轉換率為100%，整個發電系統無論大小實際發電效率可達40%～60%，可以實現直接進入公司、飯店、賓館、家庭實現熱電聯產聯用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達80%。

作為汽車的動力裝置，燃料動力電池的優點是低排放，綠色環保。盡管燃料的種類只有氫，但是來源豐富，可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生能源。由于燃料動力電池沒有活塞或渦輪等機械部件及中間環節，其效率大為提高，約為內燃機的2～3倍，在成本和整體性能上(特別是行程和補充燃料時間上)也明顯優于其他電池的電動汽車，因此自20世紀90年代起，歐美和日本的各大汽車生產廠家看到燃料動力電池汽車巨大的市場潛力，紛紛投入巨資，進行燃料動力電池車的相關研究、試驗與生產，到現在已經開發出數百輛燃料動力電池汽車樣車，預計2015年燃料動力電池車將商業化生產。

近年來便攜式電子產品快速發展，包括手機、筆記本電腦、個人數字助理（pDA），乃至數碼相機及攝像機等，造就龐大的市場和商機。然而，隨著產品功能的增強，系統關于電池的需求越來越高，一個小而輕、續電時間更長的電池，將是所有消費者一致的要求。以往我們使用的干電池或充電電池在輸出電能后，陰極與陽極會出現化學變化而逐漸消耗掉。而燃料動力電池只要補充燃料，不但環保方便，還可以省去電池充電浪費的時間，非常符合現代人生活的需求。國內燃料動力電池發展現狀

我國早在20世紀50年代就開展燃料動力電池方面的研究，一直以來都非常重視燃料動力電池技術的研究和開發，并取得了蓬勃發展。近年來，我國在燃料動力電池關鍵材料、關鍵技術的創新方面取得了許多突破，如陸續開發出百瓦級～30kW級氫氧燃料電極、燃料動力電池電動汽車等。燃料動力電池技術特別是質子交換膜燃料動力電池技術也得到了迅速發展，開發出60kW、75kW等多種規格的質子交換膜燃料動力電池組。總體來說，我國燃料動力電池的研究與國外水平和實際應用還存在一定的差距，必須加快追趕的步伐。

值得關注的是我國的氫燃料動力電池汽車的開發目前與世界相差不大，在上海、北京等城市已經出現燃料動力電池汽車的試運行。前不久，我國自主研制的20輛氫燃料動力電池轎車走出實驗室，駛進奧運會場，作為2008北京奧運“綠色車隊”中的重要成員。據悉，經過一代代的改進、優化，這些最新一代的燃料動力電池轎車動力性能持續增強，最高時速近150km，一次性充氫持續行駛里程超過300km，整車的可靠性、穩定性也不斷得到提升。

市場預測及展望

據ABI公司的保守估計，到2013年全球燃料動力電池市場將達380億美元。SRI咨詢公司預測，2008年燃料動力電池市場約50億美元，到2013年預計市場價值將達456億美元。靜止式燃料動力電池市場將從2008年20億美元增大到2013年100億美元，便攜式燃料動力電池2013年市場將達250億美元，汽車燃料動力電池市場將從2008年6億美元增大到2013年100億美元。由此可見，燃料動力電池作為繼水力、火力、核能之后新一代能源技術，其廣闊的應用前景不容忽視。