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采用丁烷燃料動力鋰電池的USB移動電源系統

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年09月03日  

毫無疑問的是,移動電子設備已經徹底地改變了我們的日常生活。配備了藍牙和WiFi的智能手機和筆記本,亦能供應夢想中十年或二十年前的移動計算能力——只是受制于電池技術的發展,它們的續航時間終究有限。盡管燃料動力電池技術已經提出了十年有余,但是用于便攜式電源的解決方法的話,它的商業化卻顯得有些不切實際。不過,一家附屬于麻省理工學院的公司——LilliputianSystems,Inc.——已經成功打造出了一款產品。


LilliputianSystems,Inc.是麻省理工學院的一家附屬公司,它也是Nectar——一款基于丁烷燃料動力電池的USB充電器的制造商。


燃料的燃燒會出現大量的熱。盡管這是一個很有用的特性,但困難的是只有少量的熱量可以有效地轉化為電能。


Nectar是一款采用丁烷燃料動力電池的USB移動電源。


Nectar的外形和一款移動硬盤差不多。


乍一看燃料“電池棒”,還以為是個手電筒。


Nectar有一個標準的USB電力輸出電口。



該燃料動力電池的相關工作原理介紹:


如圖所示,Nectar的工作原理與固體氧化物燃料動力電池(SOFC)相似。燃料動力電池的陽極一側供應了氫氣,而陰極一側則供應氧氣(通常從空氣中獲得)。


在陰極,氧分子的兩個原子分裂開來,并且形成了帶負電荷的負氧離子。這些電子在陽極處被釋放,然后與氫離子反應形成了水分子。電解質在此起著關鍵的用途,因為這使得陽離子能夠更快速、更容易地穿梭與陰極和陽極之間。


燃料動力電池通常能供應小于1伏特的電力。在簡單的過氧化氫(H2O2)燃料動力電池中,1個陽離子+1個氫分子+2個電子發生反應,最終形成了一份水。理論上這個過程能供應約1.23電子伏特的電壓;但在實踐中,它的電壓只有0.7到0.8伏特。


Nectar選擇用丁烷,是因為其強大的安全記錄和能量密度(燃燒時,約7400Wh/升+65升的空氣)。在低于400攝氏度(750華氏度)的環境下,丁烷不會自燃。在以丁烷作為固體氧化物燃料動力電池的原料的時候,其工作溫度至少為500攝氏度(900華氏度),甚至可高至1000攝氏度(1800華氏度)。


在這樣的情況下,一個小型的低功率燃料動力電池,也必須仔細設計散熱及創新保溫方法。不受控的(以熱輻射散失的)能量會超過200瓦,這關于輸出功率只有2到3瓦的燃料動力電池來說,顯然是個大問題。


因此Nectar燃料動力電池采用了上圖所示的橫截面設計。新鮮空氣被泵入2號口,成為燃料動力電池的氧來源。空氣和丁烷的混合物被送入1號口,然后進入一個微型的燃料整治室進行部分氧化,轉化成氫氣和一氧化碳的混合物。而在區域3,燃料和氧化劑的反應跨越了YSZcell薄膜,帶來了電力輸出、水和二氧化碳。最后,其實廢氣仍混有一些燃料,所以在其被排放至大氣之前,還要送到區域4進行催化轉化。


所有這一切都發生在約21毫米(0.8英寸)的硅模(silicondie)上,那里堆積了許多硅電路小片,以實現燃料動力電池最終所需的工作電壓和功率密度。要解決這一問題,也要考慮極端有效的熱絕緣方法。


要保持幾瓦的電力輸出,無需保持可笑的600到800攝氏度的工作溫度。該結構的完整測試表明,其熱能損失是可以容忍的。600攝氏度下約3瓦,800攝氏度下約7瓦。


9立方英寸(147cc)和7盎司(198克)Nectar裝置,仍要數年的時間、以及超過1億美元的資金來發展。該系統將能出現和供應約2.5瓦的充電速率(內建DC-DC電壓轉換器),“一節”丁烷可以供應55Wh的總電量,足以充滿10個常規的手機或1臺筆記本了。


最后剩下的就是何時上市和產品售價的問題了。Nectar的初始價格將為300美元,單個55Wh的丁烷“燃料罐”則可能要耗資10美元?根據該公司的前期市場調研,大量買家看好100美元的價格點,只有5%的買家會考慮300美元的售價。該產品是否能夠物有所值,只有時間才能告訴我們了。

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