采用丁烷燃料電池的USB移動(dòng)電源系統(tǒng)

毫無(wú)疑問(wèn)的是，移動(dòng)電子設(shè)備已經(jīng)徹底地改變了我們的日常生活。配備了藍(lán)牙和WiFi的智能手機(jī)和筆記本，亦能提供夢(mèng)想中十年或二十年前的移動(dòng)計(jì)算能力——只是受制于電池技術(shù)的發(fā)展，它們的續(xù)航時(shí)間終究有限。盡管燃料電池技術(shù)已經(jīng)提出了十年有余，但是用于便攜式電源的解決方案的話，它的商業(yè)化卻顯得有些不切實(shí)際。不過(guò)，一家附屬于麻省理工學(xué)院的公司——Lilliputian Systems,Inc.——已經(jīng)成功打造出了一款產(chǎn)品。

Lilliputian Systems, Inc.是麻省理工學(xué)院的一家附屬公司，它也是Nectar——一款基于丁烷燃料電池的USB充電器的制造商。

燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的熱。盡管這是一個(gè)很有用的特性，但困難的是只有少量的熱量可以有效地轉(zhuǎn)化為電能。

Nectar是一款采用丁烷燃料電池的USB移動(dòng)電源。

Nectar的外形和一款移動(dòng)硬盤(pán)差不多。

乍一看燃料"電池棒"，還以為是個(gè)手電筒。

Nectar有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB電力輸出電口。

如圖所示，Nectar的工作原理與固體氧化物燃料電池(SOFC)相似。燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供了氫氣， 而陰極一側(cè)則提供氧氣(通常從空氣中獲得)。

在陰極，氧分子的兩個(gè)原子分裂開(kāi)來(lái)，并且形成了帶負(fù)電荷的負(fù)氧離子。這些電子在陽(yáng)極處被釋放，然后與氫離子反應(yīng)形成了水分子。電解質(zhì)在此起著關(guān)鍵的作用，因?yàn)檫@使得陽(yáng)離子能夠更快速、更容易地穿梭與陰極和陽(yáng)極之間。

燃料電池通常能提供小于1伏特的電力。在簡(jiǎn)單的過(guò)氧化氫(H2O2)燃料電池中，1個(gè)陽(yáng)離子+1個(gè)氫分子+2個(gè)電子發(fā)生反應(yīng)，最終形成了一份水。理論上這個(gè)過(guò)程能提供約1.23電子伏特的電壓;但在實(shí)踐中，它的電壓只有0.7到0.8伏特。

Nectar選擇用丁烷，是因?yàn)槠鋸?qiáng)大的安全記錄和能量密度(燃燒時(shí)，約7400Wh/升+65升的空氣)。在低于400攝氏度(750華氏度)的環(huán)境 下，丁烷不會(huì)自燃。在以丁烷作為固體氧化物燃料電池的原料的時(shí)候，其工作溫度至少為500攝氏度(900華氏度)，甚至可高至1000攝氏度(1800華 氏度)。

在這樣的情況下，一個(gè)小型的低功率燃料電池，也必須仔細(xì)設(shè)計(jì)散熱及創(chuàng)新保溫方法。不受控的(以熱輻射散失的)能量會(huì)超過(guò)200瓦，這對(duì)于輸出功率只有2到3瓦的燃料電池來(lái)說(shuō)，顯然是個(gè)大問(wèn)題。

因此Nectar燃料電池采用了上圖所示的橫截面設(shè)計(jì)。新鮮空氣被泵入2號(hào)口，成為燃料電池的氧來(lái)源?？諝夂投⊥榈幕旌衔锉凰腿?號(hào)口，然后進(jìn)入一個(gè)微型的燃料整治室進(jìn)行部分氧化，轉(zhuǎn)化成氫氣和一氧化碳的混合物。而在區(qū)域3，燃料和氧化劑的反應(yīng)跨越了YSZ cell薄膜，帶來(lái)了電力輸出、水和二氧化碳。最后，其實(shí)廢氣仍混有一些燃料，所以在其被排放至大氣之前，還需要送到區(qū)域4進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。

所有這一切都發(fā)生在約21毫米(0.8英寸)的硅模(silicon die)上，那里堆積了許多硅電路小片，以實(shí)現(xiàn)燃料電池最終所需的工作電壓和功率密度。要解決這一問(wèn)題，也需要考慮極端有效的熱絕緣方案。

要保持幾瓦的電力輸出，無(wú)需保持可笑的600到800攝氏度的工作溫度。該結(jié)構(gòu)的完整測(cè)試表明，其熱能損失是可以容忍的。600攝氏度下約3瓦，800攝氏度下約7瓦。

9立方英寸(147cc)和7盎司(198克)Nectar裝置，仍需要數(shù)年的時(shí)間、以及超過(guò)1億美元的資金來(lái)發(fā)展。該系統(tǒng)將能產(chǎn)生和提供約2.5瓦的充電速率(內(nèi)建DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器)，"一節(jié)"丁烷可以提供55Wh的總電量，足以充滿10個(gè)常規(guī)的手機(jī)或1臺(tái)筆記本了。

最后剩下的就是何時(shí)上市和產(chǎn)品售價(jià)的問(wèn)題了。Nectar的初始價(jià)格將為300美元，單個(gè)55Wh的丁烷"燃料罐"則可能需要耗資10美元?根據(jù)該公司的前期市場(chǎng)調(diào)研，大量買(mǎi)家看好100美元的價(jià)格點(diǎn)，只有5%的買(mǎi)家會(huì)考慮300美元的售價(jià)。該產(chǎn)品是否能夠物有所值，只有時(shí)間才能告訴我們了。