核燃料電池

【專家解說】：據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站報(bào)道,美國科學(xué)家最近成功地研制出了迄今世界上最小的燃料電池,這種電池的直徑只有3毫米,可以產(chǎn)生0.7伏的電壓并能持續(xù)供電30個(gè)小時(shí). 美國伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校薩耶德-默哈達(dá)姆等科學(xué)家提出了一種新型的微燃料電池設(shè)計(jì)方案.這種微燃料電池可以在不消耗電能的情況下發(fā)電.新型電池由四個(gè)部分組成.上層是一個(gè)蓄水池,下層是一個(gè)裝有金屬氫化物的燃料膛,中間以一層薄膜隔開.在金屬氫化物的燃料膛下方,還有一組電極.薄膜上有許多小孔,使得蓄水池中的水分子可以以水蒸氣的形式進(jìn)入燃料膛.水分子進(jìn)入燃料膛后,與金屬氫化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣.氫氣隨之會充滿整個(gè)燃料膛,并向上沖擊薄膜,阻止水流繼續(xù)流入.然后,氫氣會在燃料膛下層的電極處發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成電流.隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,燃料膛內(nèi)氫氣會逐漸減少,氣壓下降,蓄水池中的水蒸氣會再次進(jìn)入開始下一輪化學(xué)反應(yīng).     新電池體積非常小,規(guī)模為3×3×1毫米,且沒有重力,其表現(xiàn)張力可以控制水流.這意味著,即使處于移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下,這種電池也能夠很好地工作,因此它最適合應(yīng)用于一些便攜式小電器.最初,這種電池可以產(chǎn)生0.7伏電壓和0.1 毫安電流,電池燃料可以持續(xù)30小時(shí)左右.現(xiàn)在,默哈達(dá)姆的最新產(chǎn)品,在電壓仍為大約0.7伏的情況下,已經(jīng)可以產(chǎn)生1毫安電流.當(dāng)然,這種電壓和電流仍然無法驅(qū)動(dòng)移動(dòng)電話,但足以為一些簡單的電子系統(tǒng)提供電能.     法國里爾大學(xué)微燃料電池專家史蒂夫-阿斯科特認(rèn)為,雖然這種體積僅為9立方毫米的電池比較小,但其能量仍然不足以投入實(shí)際應(yīng)用.阿斯科特曾經(jīng)利用甲醇作為燃料研制出一種微燃料電池,其容量是默哈達(dá)姆電池的3倍,其能量密度大約為默哈達(dá)姆電池的10倍.但是,默哈達(dá)姆研究團(tuán)隊(duì)科學(xué)家馬克-香農(nóng)指出,這兩款產(chǎn)品不能直接對比.大多數(shù)燃料電池都是依靠外部燃料,而默哈達(dá)姆電池采用的是其內(nèi)部燃料.     燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置.燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池,電就被奇妙地生產(chǎn)出來.它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等,像一個(gè)蓄電池,但實(shí)質(zhì)上它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”.科學(xué)家們 1839年首次提出了燃料電池的概念,至今已經(jīng)發(fā)展了一百余年的歷史.燃料電池十分復(fù)雜,涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論,具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn).在太空飛行中,燃料電池實(shí)質(zhì)上是以控制氫彈爆炸的觀念進(jìn)行設(shè)計(jì)的,太空船上的燃料電池是用來聚集星際旅行之間的氫氣所產(chǎn)生的能量之用.太空船的太陽能板所聚集的電磁和太陽能將會轉(zhuǎn)換成電能,而電能會用來慢慢地將存放在燃料電池內(nèi)的氫置換成燃料.