燃料电池厂商研发混合系统,加快商用步伐

上网时间: 2002年02月23日? 作者:鲁思奇? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:电池? battery? 燃料电池?

一种新的能源将从电池市场中分得一大杯羹,这就是燃料电池。在过去五年中,充电电池技术,包括镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)、锂离子与锂聚合物电池等,在能量密度方面取得了不断的进步,但是新型电子产品对更高能量密度、更加小型化的电池产品的需求从未间断过。

电子产品不断进步的显示技术,不断缩小的产品体积,以及不断加快的数据传输速度等,需要更强、更持久的便携电源来支持。比如,随着手机与个人数字助理功能的整合,新型手机所消耗的功率预计将上升至1?3瓦。“下一代手机将具备很多功能,对电源的需求增大,将来待机与通话时间反而缩短也是不奇怪的事。”科学曼哈顿公司(Manhattan Scientifics)首席运营官Jack Harrod说。

有些人相信,基于氢气或甲醇的燃料电池技术可以满足手持设备对高性能电源的渴求,使之得以增加更多功能,从而推动一场无线革命。因为从能量密度来看,锂离子化学电池的能量密度范围在150?300瓦小时/公斤,而理论上针对便携应用的燃料电池的能量密度大约为1,000瓦小时/公斤(大型应用中其能量密度还要大很多)。

除此之外,燃料电池技术还具有其它可充电化学电池无法比拟的优点,如瞬间充电及环保。

一般的充电电池只能储存和释放有限的能量并需要充电,而燃料电池可通过燃料添加不间断地提供能量(一般利用外部燃料盒添加燃料)。这样可省略电池充电器及交流适配器,因为它们只需添加燃料、不必充电。这种“永远工作”的特点,加上较高的能量密度,将能够支持用来上网和收发电子邮件的手持设备对电源日益增长的需求。

对大多数便携设备制造商来说,获得这样的电源是梦寐以求的事。然而,由于诸多原因,早期的燃料电池原型一般只有50?80瓦小时/公斤,远低于锂离子电池。Harrod说:“如果我们能够将燃料电池的水平提高到大于锂离子电池的程度,那么它的时机就来了。”

这也是如此多的公司参与燃料电池研发的主要动力。他们乐观的预计,燃料电池的批量生产将在未来2?5年内实现。然而在这一期间,燃料电池开发商需要解决的问题还有很多。

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存在的问题

首先是体积问题。加拿大Energy Visions公司(EV)总裁Wayne Hartford说:“关键在于小型化技术,要将燃料电池小型化、使之与现有充电电池形状相同并提供相同性能,这还需要一段时间。此外,前期工程成本也使得初始价格奇高。因此,燃料电池市场的启动并没有预想的那样快。”

目前,各开发商在保证足够能量密度的前提下,竞相缩小燃料电池的体积,以便适合装入便携设备。有些开发商的报告中指出,在膜电极系统与材料领域还要做很多工作,以达到应用所要求的能量密度和小型化尺寸。

其中,一些机械部件的缩小比较关键,包括燃料电池中控制电化学反应的泵和释放器。因此,许多燃料电池开发商正针对一些中间应用加快试生产线的建设,如电单车和滑行车、备用电源、手电筒等。这些应用中,尺寸不是一个大问题。

第二个问题是成本,燃料电池系统制造商必须提供足够低的价位,以便与传统的锂离子电池竞争。由于价格昂贵,早期的产品打不开市场,前期投入的资金就不能以销售收入的形式收回,后续资金的投入也就成了问题。

其它一些关键性问题还包括如何封装、向燃料电池供给燃料及燃料运输与存放中的安全问题等等。业界需要发展向消费者提供甲醇盒的基础设施。此外,美国燃料电池委员会也正与政府标准机构合作,共同发展运输、存储、安全及测试标准。后面的这些问题可能需要两年时间才能解决。

“即使一家公司今天就宣布说他们已拥有可以大批量生产的、低成本燃料电池系统,可适应任何一种便携产品,也不可能马上销售。”摩托罗拉能源技术实验室经理Jerry Hallmark说,“主要原因在于,目前尚无政府颁布的相应标准,允许用户在火车或飞机上携带这些小型燃料电池。”

“当然,某些应用产品是不会在飞机或火车上使用的,但仍需要实施标准、以获得UL认证、生产出安全的产品,这是需要时间的。”Hallmark说,“人们只注重技术本身,却忽视这些其它因素。要生产一种产品,这些因素也是必不可少的。”

混合充电系统?役打响

燃料电池开发商和制造商也都认识到了――适合便携产品的内装燃料电池系统不会一蹴而就,因此他们正在开发可以更早推向市场的混合系统。一些从业者,包括科学曼哈顿公司、Medis、MTI及摩托罗拉等公司,正计划首先提供混合充电系统,它可以随身携带在腰包中、对传统的锂离子或镍氢电池进行充电。

这样开发商就可以凭着一个能够带来现金流的产品更快地进入市场,同时能够继续为手机和其它便携设备对燃料电池系统进行小型化。有业内人士预计,燃料电池充电器可能会在今年推出。

科学曼哈顿的手机充电系统“电源腰包”原型机仅比手机的腰夹稍大,它由MicroFuel Cell微小阵列组成,可在电话插入腰夹时不断地对电话充电。科学曼哈顿已为诺基亚手机研制出原型机,该公司声称通过简单调整,该技术可以为任何品牌的手机充电。

该产品使用1盎司燃料所释放的能量为900毫安时锂电池的两倍以上。但预计在未来几个月内将有进一步的改进,届时其能量输出水平将适应手机的需要。

该公司正与伙伴讨论大批量生产充电器的可能性。Harrod说:“多数人都支持外部充电器的想法,但要做出决策单靠一家公司的说服还不够。”

Medis也计划在今年推出一款手机电源包。该公司已与欧洲手机制造商SAGEM SA达成合作协议,为SAGEM的手机及其它便携电子设备开发电源产品。公司预计年底前一旦达到每平方厘米80毫瓦的能量密度目标,就将公开展示其电源包产品。

与科学曼哈顿相似,Medis也将生产任务外包。Lifton说:“我们的增值作用在于开发和发明。同时,我们已经与几家潜在的制造商伙伴展开了谈判,他们愿意在产品制造方面提供帮助。”

Lifton还指出,燃料添加盒也是一个巨大的盈利机会。“燃料添加盒比燃料电池本身有更广阔的盈利空间。”Lifton说,“我们的目标是1美元1只添加盒,可支持20小时的谈话时间。燃料电池的OEM目标价格为15美元。”

Electric Fuel(EF)的燃料电池充电器也已上市。这种叫做“即时电源充电器”的产品重量不足3盎司,采用锌而不是氢,主要用于手机和便携电脑,可立即对手持设备进行充电,用户可在电池用尽的情况下一边充电一边谈话,无需插入墙上的电源插座。它包括一只用后即弃的、容量为3,300毫安时、可为充电器输送能量的锌-空气燃料盒,以及一个SmartCord电子适配器,可连接于特定品牌或型号的电话或便携电脑,并以气密状态承载燃料盒。燃料盒可提供三次充电,每次充电时间大约为100?200分钟,具体时间取决于电池类型。

该手机充电器适用于几家手机制造商及型号,如Audiovox、爱立信、摩托罗拉、诺基亚、松下、飞利浦、Sagem、三星及西门子,零售价为15美元。便携电脑充电器也适用几个品牌,包括康柏、Handspring、Novatel及Palm。该产品的零售价为20美元。更换燃料盒需9.99美元。

业界组成联盟加强合作

电池与便携设备制造商、燃料电池的材料和系统开发商组成联盟或达成协议,共同进行研究和原型开发。这些合作研发伙伴关系或联盟为小型公司分担开发成本提供了一条重要途径,并推动技术开发、更快地将产品推向市场。

比如,Energy Ventures公司(EVI)最近与Alberta Research Council公司(ARC)达成合作开发协议、共同研制EVI的DMFC商品原型机。

DCH Technology与日本的Daido Metal(Daido)公司组成了合资公司,将在亚洲市场制造与销售DCH燃料电池。他们已开始向汽车、电子制造及高速公路标志牌等行业推销12瓦/12伏便携燃料电池原型机。Daido大约投入了100万美元,添置用于设计与商业性批量生产的开发和制造设备。

MTI与杜邦公司达成战略伙伴关系,围绕杜邦的Nafion膜技术开发某些优选的燃料电池部件。杜邦还获得了MTI公司MicroFuel Cell项目的少数股份。Acker相信,这一伙伴关系将带来重要的技术与制造专业技术,使MTI能够更快地将微型燃料电池推向市场。

MTI还获得460多万美元的奖励资金。它由“标准与技术国家协会”的先进技术计划提供,用于资助开发针对便携电子产品的微型燃料电池。MTI在该项目中的主要伙伴是杜邦公司。其它伙伴还包括几家大学机构,分别帮助他们设计与制造MEMS液体管理系统、系统控制与电源调整的集成、以及在设计过程中提供测试。

另外,Trimol集团与欧洲手机制造商SAGEM SA达成协议,共同开发针对SAGEM便携产品的燃料电池应用,SAGEM目前集中于设计与外壳包装领域。Trimol还与日本的领先消费产品与电池制造商日立Maxell达成合作协议,加速其燃料电池的商品化进程。

另一家对燃料电池技术产生兴趣的电池制造商为Rayovac公司。该公司与AER已达成授权与开发协议。AER给予Rayovac技术授权,并为后者进行设计与开发工作。

作者:鲁思奇


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