人們對(duì)于微型燃料電池的關(guān)注是有根據(jù)的。電源產(chǎn)業(yè)需要為移動(dòng)電子產(chǎn)品開發(fā)更好的、工作時(shí)間更長(zhǎng)的解決方案。除了這方面的需求以外，基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的商業(yè)化燃料電池產(chǎn)品尚未面市。雖然微型燃料電池的發(fā)展?jié)摿颓熬熬薮?，但需要尋找新的方法來克服所面臨的技術(shù)和商業(yè)挑戰(zhàn)。

電源缺口問題

便攜電子產(chǎn)品在全球的大量普及，已經(jīng)導(dǎo)致對(duì)于外觀緊湊、重量輕便和功率強(qiáng)勁的電池的大量需求?，F(xiàn)有的充電電池技術(shù)已非常成熟，但完全不能滿足用戶的需求。預(yù)計(jì)這種差距將在未來幾年里繼續(xù)擴(kuò)大，因?yàn)楦鞣N設(shè)備還在不斷增加新的耗電型功能。

除了筆記本電腦、手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)以外，其它產(chǎn)品領(lǐng)域也存在類似的電源供應(yīng)缺口。預(yù)計(jì)在未來幾年，目前的鋰離子充電電池技術(shù)的容量沒有太大的改進(jìn)空間(每年小于5%)，在滿足日益增長(zhǎng)的電能需求時(shí)將感到吃力。這為新型電源技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。

同時(shí)，人們的移動(dòng)性比以前更大，進(jìn)而擴(kuò)大了上述電源缺口。筆記本電腦是增長(zhǎng)最快的電腦領(lǐng)域，預(yù)計(jì)2006年出貨量將超過5,000萬個(gè)。廣泛采用Wi-Fi技術(shù)實(shí)際上砍掉了以太網(wǎng)的束縛，而用戶希望去掉最后一根通向AC電源的連接線。

一個(gè)可行的解決方案

許多產(chǎn)業(yè)觀察家認(rèn)為，直接甲醇燃料電池(DMFC)是最有希望的微型燃料電池技術(shù)之一，它可以彌補(bǔ)便攜電子產(chǎn)品的功率缺口。通過把氫或甲醇等燃料與氧氣相結(jié)合，燃料電池就能產(chǎn)生電力，并能持續(xù)發(fā)電，只要能夠從外部來源獲得燃料和氧氣。由于甲醇具有很高的能量密度，燃料電池的前景非常誘人。當(dāng)燃料電池在不遠(yuǎn)的將來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化時(shí)，它們?cè)谀芰看鎯?chǔ)方面將會(huì)取得顯著改善，允許電子產(chǎn)品增加新的功能，并延長(zhǎng)其工作時(shí)間。同樣重要的是，用戶可以更換燃料盒，在幾秒鐘內(nèi)“補(bǔ)充彈藥”。相比之下，為傳統(tǒng)的電池充電需要幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

如果你需要設(shè)備能夠運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間，為什么不多帶幾個(gè)鋰離子電池呢？實(shí)際上，現(xiàn)在許多移動(dòng)辦公的專業(yè)人員正是這么做的。據(jù)估計(jì)，有30%的筆記本電腦用戶至少購買了一塊備用充電電池。但這很不方便，它導(dǎo)致人們需要攜帶的重量增加，而且需要多花很多錢。電池工作時(shí)間與其體積及重量之間存在線性關(guān)系。如果想把電池工作時(shí)間增加一倍，就必須帶兩塊電池，而攜帶的體積和重量也要加倍。

如果利用燃料電池，你只需攜帶一個(gè)燃料電池系統(tǒng)，以及幾個(gè)燃料盒用來延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。不用帶三塊電池，可以帶三個(gè)燃料盒，預(yù)計(jì)至少比等同的電池組輕50%，而且體積也要小得多。為筆記本電腦另配的鋰離子電池零售價(jià)一般為150美元或者更貴，預(yù)計(jì)燃料盒的價(jià)格將與一次性堿性電池相似，每個(gè)也許是1~3美元。因此，它將具有顯著的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)難題影響商業(yè)化進(jìn)程

盡管最近幾年取得了一些進(jìn)展，但燃料電池在商業(yè)化方面仍然面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括其總體效率和功率密度較低、小型化、水蒸氣排放和成本等。雖然燃料電池“堆疊”中的每個(gè)單元的理論電壓應(yīng)該是1.24V，但基于傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜(PEM)的DMFC只能達(dá)到上述水平的30%左右。這種低效率現(xiàn)象是由幾個(gè)因素導(dǎo)致的，這些因素作為基本設(shè)計(jì)的組成部分需要加以解決，以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

所有的燃料電池都產(chǎn)生水和二氧化碳，這些都是反應(yīng)的副產(chǎn)品。目前的許多燃料電池設(shè)計(jì)都排出水蒸氣，就象是PC上的一個(gè)小排氣管。由于它接近其它電子元件，這可能會(huì)造成問題，起碼對(duì)于用戶來說極不方便。對(duì)于某些應(yīng)用來說，比如特種設(shè)備，這是不能容忍的問題。此外，多數(shù)基于PEM的燃料電池設(shè)計(jì)使小型化變得更加困難。

燃料電池商用化進(jìn)程明顯加快

大型燃料電池“引擎”不能有效地使用昂貴的催化材料，而且它的尺寸較大，這些因素導(dǎo)致基于PEM的燃料電池設(shè)計(jì)成本上升。必須尋找開發(fā)燃料電池的其它方法，以克服上述根本性局限。例如，NeahPowerSystems正在開發(fā)一種基于一個(gè)神奇的硅結(jié)構(gòu)的微型燃料電池，預(yù)計(jì)將會(huì)解決在效率、尺寸和成本等方面面臨的挑戰(zhàn)。這種方式具有顯著提高功率密度的潛力，這是提高燃料電池系統(tǒng)總體效率的關(guān)鍵。效率提高后，整個(gè)燃料電池就可以實(shí)現(xiàn)小型化，以及大幅降低成本。

對(duì)于所有的燃料電池系統(tǒng)，功率密度(每平方厘米電極面積所能提供的功率)決定總體效率和系統(tǒng)的尺寸。NeahPower采用的一種方式，放棄了了PEM，可能使功率密度比傳統(tǒng)的基于PEM的設(shè)計(jì)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。它試圖通過采用一種高導(dǎo)電性的多孔硅催化劑支持結(jié)構(gòu)擴(kuò)大反應(yīng)區(qū)。多孔硅的表面積與體積比高達(dá)10,000cm2/cm3，這樣可以形成一定的“厚度”，基于PEM的系統(tǒng)不可能做到這點(diǎn)。預(yù)計(jì)利用這種方法能夠在尺寸更小的電池中實(shí)現(xiàn)更高水平的接觸反應(yīng)表面積和電化學(xué)活動(dòng)。重要的是，采用這種方式制造的燃料電池可以捕獲水蒸氣，不必排氣,反應(yīng)所生成的副產(chǎn)品全部被限制在燃料盒內(nèi)部。

商業(yè)挑戰(zhàn)確實(shí)存在，但能夠克服

不同于其它的許多科技產(chǎn)品，微型燃料電池需要跨組織的協(xié)調(diào)，以確保其能被市場(chǎng)接受和獲得商業(yè)成功。雖然這些障礙都很大，但是可以克服。其中有些挑戰(zhàn)包括監(jiān)管方面的調(diào)整、安全性、標(biāo)準(zhǔn)、燃料盒發(fā)送和OEM產(chǎn)品改造。

首先，甲醇燃料盒的包裝必須保證安全，這樣才能供消費(fèi)者使用。好消息是，電池和消費(fèi)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)在安全包裝各種化學(xué)品和材料方面具有良好記錄，而且包裝費(fèi)用比較合理。安全包裝燃料盒將是監(jiān)管審批程序中的第一步。根據(jù)目前的規(guī)定，甲醇燃料盒不準(zhǔn)被帶上飛機(jī)。這很正常??當(dāng)新能源被采用時(shí)，通常要求制訂新的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。

最終，還必須在尺寸、形狀和其它外形要素方面進(jìn)行一定的標(biāo)準(zhǔn)化，這樣該產(chǎn)業(yè)才能騰飛。零售商不想保存幾十個(gè)或幾百個(gè)存貨單位(SKU)，因?yàn)檫@樣將占用寶貴的貨架空間，并且會(huì)影響其庫存周轉(zhuǎn)。一種雙管齊下的方法將最有可能推動(dòng)這種標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。首先，市場(chǎng)將對(duì)哪種技術(shù)勝出(相互競(jìng)爭(zhēng)的公司的燃料盒一般在燃料盒的化學(xué)成分方面有所不同)發(fā)揮重大影響。與此同時(shí)，燃料電池和電子產(chǎn)品廠商將在一些共同格式方面進(jìn)行合作，以保證SKU增長(zhǎng)在短期內(nèi)是有限的，而且是可以應(yīng)付的。目前，標(biāo)準(zhǔn)化組織NEMA已經(jīng)開始這項(xiàng)工作。

零售市場(chǎng)能否普遍供應(yīng)燃料盒對(duì)于其能否被主流用戶所接受非常關(guān)鍵，這是典型的先有雞還是先有蛋的問題。零售商在市場(chǎng)上出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的燃料電池驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品和實(shí)際需求以前，不愿意銷售燃料盒。而因?yàn)榭捎糜诟鼡Q的燃料盒供應(yīng)有限，OEM制造商可能不愿意采用燃料電池。那么產(chǎn)業(yè)該怎么辦呢？很可能采取分步推進(jìn)的策略，從比較特殊的垂直市場(chǎng)開始著手，最終進(jìn)入廣闊的水平市場(chǎng)和大眾主流分銷渠道。

包括PC廠商和其它生產(chǎn)便攜電子產(chǎn)品的OEM，需要設(shè)計(jì)能夠支持具體的燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)品。許多OEM，特別是PC產(chǎn)業(yè)中的OEM，對(duì)于這種新技術(shù)正在采取觀望態(tài)度，這是可以理解的。

潛在的發(fā)展路線圖

聰明的市場(chǎng)定位將是推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以及創(chuàng)造增長(zhǎng)基礎(chǔ)的最有效途徑。首先專注于對(duì)燃料電池需求最大并可能通過采用燃料電池而獲得最大收益的市場(chǎng)領(lǐng)域及應(yīng)用領(lǐng)域，這是謹(jǐn)慎的做法。特種應(yīng)用看來是燃料電池的早期接受者，因?yàn)樗枰B續(xù)運(yùn)行，并希望減輕士兵背負(fù)的電池重量。它在工業(yè)方面的用途，如遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備或者倉庫掃描，也是很有希望的應(yīng)用領(lǐng)域。從這些早期應(yīng)用領(lǐng)域入手，將為向更廣闊的市場(chǎng)滲透積累經(jīng)驗(yàn)和奠定基礎(chǔ)，如筆記本電腦和平板電腦，可能在2005年或2006年進(jìn)入這些領(lǐng)域。

早期的產(chǎn)業(yè)樣品演示也展出了一些外部燃料電池單元，可以用作充電器和為可充電手機(jī)、PDA及筆記本電腦的電池提供能量。這些可能是一些最先出現(xiàn)的微型燃料電池，已經(jīng)在2004年面世。但它們的吸引力可能有限，因?yàn)樽畛醯臅r(shí)候尺寸龐大，而且能量密度有限。真正的贏家將是成功地把燃料電池整合進(jìn)產(chǎn)品內(nèi)部的廠商。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要通過創(chuàng)造性的技術(shù)創(chuàng)新來提高性能和縮小尺寸和成本。同時(shí)，必須通過跨行業(yè)合作，以及目標(biāo)專注的市場(chǎng)定位和營銷來消除商業(yè)障礙。

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