新突破：采用丁烷燃料电池的USB移动电源系统 - 全文

　　毫无疑问的是，移动电子设备已经彻底地改变了我们的日常生活。配备了蓝牙和WiFi的智能手机和笔记本，亦能提供梦想中十年或二十年前的移动计算能力——只是受制于电池技术的发展，它们的续航时间终究有限。尽管燃料电池技术已经提出了十年有余，但是用于便携式电源的解决方案的话，它的商业化却显得有些不切实际。不过，一家附属于麻省理工学院的公司——Lilliputian Systems，Inc.——已经成功打造出了一款产品。

　　

　　Lilliputian Systems， Inc.是麻省理工学院的一家附属公司，它也是Nectar——一款基于丁烷燃料电池的USB充电器的制造商。

　　

　　燃料的燃烧会产生大量的热。尽管这是一个很有用的特性，但困难的是只有少量的热量可以有效地转化为电能。

　　

　　Nectar是一款采用丁烷燃料电池的USB移动电源。

　　

　　Nectar的外形和一款移动硬盘差不多。

　　

　　乍一看燃料“电池棒”，还以为是个手电筒。

　　

　　Nectar有一个标准的USB电力输出电口。


　　该燃料电池的相关工作原理介绍：

　　

　　如图所示，Nectar的工作原理与固体氧化物燃料电池（SOFC）相似。燃料电池的阳极一侧提供了氢气， 而阴极一侧则提供氧气（通常从空气中获得）。

　　在阴极，氧分子的两个原子分裂开来，并且形成了带负电荷的负氧离子。这些电子在阳极处被释放，然后与氢离子反应形成了水分子。电解质在此起着关键的作用，因为这使得阳离子能够更快速、更容易地穿梭与阴极和阳极之间。

　　燃料电池通常能提供小于1伏特的电力。在简单的过氧化氢（H2O2）燃料电池中，1个阳离子+1个氢分子+2个电子发生反应，最终形成了一份水。理论上这个过程能提供约1.23电子伏特的电压；但在实践中，它的电压只有0.7到0.8伏特。

　　

　　Nectar选择用丁烷，是因为其强大的安全记录和能量密度（燃烧时，约7400Wh/升+65升的空气）。在低于400摄氏度（750华氏度）的环境下，丁烷不会自燃。在以丁烷作为固体氧化物燃料电池的原料的时候，其工作温度至少为500摄氏度（900华氏度），甚至可高至1000摄氏度（1800华氏度）。

　　在这样的情况下，一个小型的低功率燃料电池，也必须仔细设计散热及创新保温方法。不受控的（以热辐射散失的）能量会超过200瓦，这对于输出功率只有2到3瓦的燃料电池来说，显然是个大问题。

　　因此Nectar燃料电池采用了上图所示的横截面设计。新鲜空气被泵入2号口，成为燃料电池的氧来源。空气和丁烷的混合物被送入1号口，然后进入一个微型的燃料整治室进行部分氧化，转化成氢气和一氧化碳的混合物。而在区域3，燃料和氧化剂的反应跨越了YSZ cell薄膜，带来了电力输出、水和二氧化碳。最后，其实废气仍混有一些燃料，所以在其被排放至大气之前，还需要送到区域4进行催化转化。

　　

　　所有这一切都发生在约21毫米（0.8英寸）的硅模（silicon die）上，那里堆积了许多硅电路小片，以实现燃料电池最终所需的工作电压和功率密度。要解决这一问题，也需要考虑极端有效的热绝缘方案。

　　要保持几瓦的电力输出，无需保持可笑的600到800摄氏度的工作温度。该结构的完整测试表明，其热能损失是可以容忍的。600摄氏度下约3瓦，800摄氏度下约7瓦。

　　

　　9立方英寸（147cc）和7盎司（198克）Nectar装置，仍需要数年的时间、以及超过1亿美元的资金来发展。该系统将能产生和提供约2.5瓦的充电速率（内建DC-DC电压转换器），“一节”丁烷可以提供55Wh的总电量，足以充满10个常规的手机或1台笔记本了。

　　最后剩下的就是何时上市和产品售价的问题了。Nectar的初始价格将为300美元，单个55Wh的丁烷“燃料罐”则可能需要耗资10美元？根据该公司的前期市场调研，大量买家看好100美元的价格点，只有5%的买家会考虑300美元的售价。该产品是否能够物有所值，只有时间才能告诉我们了。