▌燃料動(dòng)力電池的出現(xiàn)與原理

燃料動(dòng)力電池目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)行了應(yīng)用嘗試，雖然說法上是一種新型電池，其實(shí)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(gè)燃料動(dòng)力電池。上世紀(jì)60年代，燃料動(dòng)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(dòng)力電池，但其出現(xiàn)電量的方式并不是像內(nèi)燃機(jī)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(jìn)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?、醇、和甲烷等有時(shí)也會(huì)作燃料使用。

雖然燃料不同，但大部分燃料動(dòng)力電池的工作原理和工作模式都差不多。

燃料動(dòng)力電池內(nèi)部重要由三個(gè)相鄰區(qū)段組成：陽極、電解質(zhì)和陰極。兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個(gè)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(dòng)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(dòng)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(gè)正電荷的離子和一個(gè)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(dá)到陰極，離子與電子團(tuán)聚，并且與氧氣反應(yīng)，從而出現(xiàn)水或二氧化碳。

▌燃料動(dòng)力電池的分類和應(yīng)用

目前主流的燃料動(dòng)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(dòng)力電池（AFC）、磷酸型燃料動(dòng)力電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力電池（MCFC）、固體氧化物燃料動(dòng)力電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池（PEMFC）。除此外還有一些類似于再生氫氧燃料動(dòng)力電池(RFC)、直接醇類燃料動(dòng)力電池（DMFC）等不常見的燃料動(dòng)力電池。

燃料動(dòng)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(dòng)力電池（PEMFC）和熔融碳酸鹽燃料動(dòng)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(gè)反應(yīng)片，每個(gè)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(gè)增壓后的氫燃料電堆即可。其中質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)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(fèi)級(jí)的電池需求，從電動(dòng)汽車、無人機(jī)甚至于電腦、手機(jī)等，都可能實(shí)現(xiàn)使用質(zhì)子膜燃料動(dòng)力電池來進(jìn)行供電。

此外，很多業(yè)內(nèi)人士也重點(diǎn)提到了熔融碳酸鹽燃料動(dòng)力電池（MCFC），因?yàn)镸CFC結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兊倪\(yùn)行溫度高導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間緩慢，這使MCFC系統(tǒng)不適合移動(dòng)應(yīng)用，比較合適定位于固定式燃料動(dòng)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(dòng)力電池的優(yōu)劣勢(shì)

優(yōu)勢(shì)

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

氫燃料動(dòng)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(bǔ)充燃料，再次進(jìn)行供電，能有效提升作業(yè)的效率。

相對(duì)鋰離子電池來說，氫燃料動(dòng)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(huì)出現(xiàn)鋰離子電池那種斷電的情況。

壽命長，一般氫燃料動(dòng)力電池都比鋰離子電池的使用壽命長幾十倍。

氫燃料動(dòng)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(bào)廢后，其中的膜和催化劑等材料都是可回收再利用的。

劣勢(shì)

雖然有強(qiáng)于其他動(dòng)力源的很多優(yōu)勢(shì)，但氫燃料動(dòng)力電池的劣勢(shì)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(jià)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(dòng)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(yùn)送要的標(biāo)準(zhǔn)也很高，不便于消費(fèi)者移動(dòng)和攜帶。

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