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Highlighting JAPAN

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科学技术

高效且安全的氢燃料源电池

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  在人们期待电池性能进一步提升的今天,燃料电池作为新一代电源,受到广泛的关注。最近,罗姆株式会社(总部在京都)在世界各国的开发竞争中先声夺人。其开发的小型智能手机用固体氢燃料源电池具有划时代的意义。请看佐佐木节发来的报道。




固体氢燃料源电池通过USB接口给智能手机充电(左)。(罗姆株式会社 提供)
  “氢燃料源电池正如其名,它与内部储蓄电量的干电池及蓄电池在原理上存在着根本的区别。或许,将其视为以氢气为能源的小型发电机更容易理解。”

  京都半导体制造商、罗姆株式会社研究开发总部副总部长神泽公这样说道。众所周知将水电解后会产生氢气及氧气。用极其简单的话来说,氢燃料源电池的运行原理在此化学反应的逆反应过程中,从氢气中产生电能的系统。

  2012年9月,罗姆与京都大学以及同位于京都的燃料电池创业型企业Aquafairy公司,发表了其共同开发的成果―固体氢燃料源电池。能通过USB为智能手机充电的小型固体氢燃料源电池它仅高86×宽52×厚19毫米,设计为单手就可以握住的手掌尺寸。即使包括产生氢气的内置装置,重量也只有73克,可以装入口袋及提包内极便于携带。

  现有的大部分氢气燃料电池,由于需要将氢存储在气罐中,重量及体积都很大,使用很不方便。这次新开发研制的固体氢燃料源电池成功地将氢化钙固化成片封装在燃料盒中,从而代替了庞大而沉重的氢气罐,与现有的智能手机的充电设备相比,这一具有划时代意义的小型燃料电池,大小及重量都是现有电池的3分之1左右,充分满足了消费者对小巧和轻便的追求。


固化为薄片状的氢化钙样品(罗姆株式会社 提供)
  神泽接着说道:
  “氢化钙与水混合后,能够产生氢气和氢氧化钙。氢氧化钙也就是消石灰,是一种用于酸性河水及土壤的中和剂,以及食品凝固剂中的安全物质十分安全。由于氢化钙粉末接触水的瞬间会产生强烈的化学反应,爆发性地产生氢气,所以过去无法在氢气燃料电池中使用。不过,我们用一种特殊的树脂将原本粉末状的氢化钙固化为薄片状,将反应速度降低为原来的几千分之一,成功地开发了安全且按需要稳定产生氢气的固体氢燃料源。除此之外,还开发了使氢气高效发电的小型组件,以及稳定供给电能的半导体技术等。商品化的核心部分,都是诞生于京都的独创技术。

  装在可替换式燃料盒内的固体氢燃料源,长宽均为38毫米,厚度仅2毫米。只要加入数CC的水即能产生大约4.5升氢气,产生5Whr(瓦时)电量,满足智能手机充电的需求。且运转时的发热量很小,氢气同空气中的氧气结合所产生的水蒸气量大约与婴儿的呼吸差不多。虽然大家对氢气有种不安全的印象,但这一电池能够让所有人都安心使用。并且,干电池由于内部存在电位差,所以性能会逐渐降低,与此相反,用铝箔包裹的氢化钙能储存20年依然能够保持初期的供氢能力。如果实现批量生产,能实现把价格降到约等同于数码相机使用的锂电池售价。

  罗姆协同其开发伙伴,通过改变燃料盒内固体氢燃料容量及反应速度,除了智能手机使用的超小型电池以外,正在研制各种各样用途的氢燃料源电池。例如可以用作户外及受灾时电源的输出为200W的大功率固体氢燃料源电池,或比如地震监测仪等需要长时间供电的发电量为400Whr的大容量固体氢燃料源电池等。包括上述3种电池在内,为了推进今年春季的销售计划,目前正在做详尽的市场调查。另外,智能手机用燃料电池是每次更换燃料盒的一次性电池,但是200W大输出功率的机型和普通汽油发电机一样设有切换开关。这样使用方便,并且无噪音公害及有害物质零排放的“京都制造”新型氢燃料源绿色环保电池,受到世界各科研机构及企业的热切关注。


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