燃料電池和石墨烯電池等技術的解析

　　電池是將化學反應產(chǎn)生的能量直接轉換為電能的一種裝作。具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長時間穩(wěn)定供電，受外界影響很小，并且結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，性能穩(wěn)定可靠的特點，給現(xiàn)代社會生活帶來很多便利。

　　1800年，意大利科學家伏打（Volta）將不同的金屬與電解液接觸做成Volta堆，被認為是人類歷史上第一套電源裝置。人類先后發(fā)明了鉛酸蓄電池、以NH4Cl為電解液的鋅—二氧化錳干電池、鎘-鎳電池、鐵-鎳蓄、堿性鋅錳電池和鋰離子電池等。隨著研究不斷深入，近年不斷出現(xiàn)新型電池。

　　| 燃料電池

　　燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。

　　氫-氧燃料電池反應原理，是電解水的逆過程。

　　電極應為：

　　負極：H2 +2OH-→2H2O+2e-

　　正極：1/2O2+ H2O 2e-→2OH-

　　電池反應：H2+ 1/2O2==H2O

　　燃料電池涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統(tǒng)及自動控制等學科的有關理論，只有燃料電池本體還不能工作，必須有一套相應的輔助系統(tǒng)，包括反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

　　燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，沒有像通常的火力發(fā)電機那樣通過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的能量形態(tài)變化，避免中間轉換的能量損失，因而能量轉換效率比較高?；鹆Πl(fā)電和核電的效率大約在30%～40%，而燃料電池電能轉換效率能達到45%～60%。另外，燃料電池電站占地面積小，建設周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，安裝地點靈活，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電站，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適。負荷響應快，運行質(zhì)量高；燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率。

　　| 石墨烯電池

　　石墨烯電池，是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間能快速大量穿梭運動的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。

　　石墨烯（Graphene）是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用步伐正在加快，基于目前已有的研究成果，最先實現(xiàn)商業(yè)化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。