這款微型燃料電池采用蝕刻在硅背面的微流控結構,并在硅表面形成反應界面。硅與一個充滿氫的燃料筒配對使用,后者的尺寸與小型打火機相當。該產品預計將在2009年底或2010年初投入商用。

“5年前,手機的功耗僅有1W；而今天,一款3G手機的功耗達到了3-5W。如果我們無法改變電池現狀,那么隨著新一代手機的出現,電池的使用時間將縮短1/3,這會對用戶享受多媒體服務造成很大的限制。”CEA新能源技術和納米材料創新實驗室(Liten)主任Didier Marsacq在于巴黎CEA總部召開的新聞發布會上表示。

根據CEA-Liten的說法,移動設備的蓬勃發展已經對可充電電池提出了異乎尋常的要求,但是現有解決方案在性能、工作時間、環境影響等方面尚有很多欠缺。

Marsacq透露,CEA能源中使用的基于氫的燃料電池內核單元(FCCU)由CEA-Liten和ST聯合開發；能量管理單元(EMU)由ST提供；而氫燃料筒則出自法國Bic公司。

CEA-Liten采用的是質子交換膜燃料電池(PEMFC)結構,它采用固態電解質(位于陽極和陰極間,H+離子或質子在其中循環往復)。其電解質由聚合物組成,呈膜狀。

被貫穿涂層保護(可以與空氣接觸)的陰極置于電解質膜的上部,而與電解質膜下部陽極相連的通道則使得氣態氫可以流入。全部這些架構是借助微電子工藝制造在一個硅基板上的。

F1:陰極置于以聚合體為基礎的電解質膜的上部,與陽極相連的通道則使得氣態氫可以流入。全部這些架構是借助微電子工藝制造在一個硅基板上的。

CEA-Liten的設計將粉末狀的氫硼化鈉(NaBH)存儲在一個小型的燃料筒內,筒內也存儲了一些水。將液體噴濺在粉末上將引起水解,從而產生500Wh/liter的功率/重量比。

CEA-Liten稱,這種一次性氫燃料筒提供500 Wh/kg的能量密度。需要時可以通過對化學反應的電子控制來獲取能量。該機構的研究人員介紹,一個這樣的燃料筒最多可為手機電池充電5次。

作為化學反應的副產品,該系統會生成少量水。液體水蒸發時會帶走熱量從而給系統制冷,CEA微能源實驗室主管Frederic Gaillard表示。

CEA-Liten稱,這個微型燃料電池每平方厘米硅可提供高達400 mW能量,一般情況下可以穩定地以150mW/cm2的功率密度工作數百小時。該團隊的目標,是在4年左右的時間內實現1W/cm2；如果能夠達到這種水平,硅片只需做到幾平方厘米,就可為功耗為3-5W的手機提供所需電能。

“我們主要關注的是材料成本。目前雖然還處在原型階段,但在能量密度方面我們已遠超鋰離子電池的水平。”Marsacq說。

ST能源事業部經理Igor Bimbaud介紹,2007年與CEA-Liten簽署的協議中約定,在2008年底將建造3,500平米的實驗室,相應生產設備屆時也將各就各位,從而為氫燃料電池的產業化鋪平道路。

“到2009年底或2010年初,我們的首款產品將以外接附件(充電器或是附加電池擴容器)的形式問世。Bimbaud透露,“目前,我們已經設計出了一款包含氫燃料筒和微型燃料電池的腰帶。”我們的目標是使手機的工作時間延長5倍。

同時正在進行中的計劃,還包括提供一種可以被整合進手持設備并輔以小型鋰離子電池的微型燃料電池,鋰離子電池的作用是應付開啟手持設備時所需的峰值功率,或滿足執行新功能所需的能量。

作者:蒲安妮