燃料电池 —— 第一个120年

　　燃料电池的历史可以追溯到第19世纪英国法官和科学家William Robert Grove 爵士的工作。1839年，Grove所进行的电解作用实验——使用电将水分解成氢和氧——是人们后来称之为燃料电池的第一个装置。
　　Grove推想到，如果将氧和氢反应就有可能使电解过程逆转产生电。为了证实这一理论，他将二条白金带分别放入二个密封的瓶中，一个瓶中盛有氢，另一 个瓶中盛有氧。当这二个盛器浸入稀释的硫酸溶液时，电流开始在二个电极之间流动，盛有气体的瓶中生成了水。为了升高所产生的电压，Grove将几个这种装 置串联起来，终於得到了他所叫做的“气体电池”。“燃料电池”一词是1889年由Ludwig Mond 和Charles Langer 二位化学家创造的，他们当时试图用空气和工业煤气制造第一个实用的装置。
　　人们很快发现，如果要将这一技术商业化，必须克服大量的科学技术障碍。因此，人们对Grove 发明的早先兴趣便开始淡漠了。直到上个世纪末，内燃机的出现和大规模使用矿物燃料使得燃料电池被论为仅仅是一次科学上的奇特事例。
　　接下来, 燃料电池历史的主要一章是由剑桥大学的工程师Francis Thomas Bacon博士完成的。1932年，Bacon想到了Mond 和Langer发明的装置，并对其原来的设计作了多次修改，包括用比较廉价的镍网代替白金电极, 以及用不易腐蚀电极的硫酸电解质代替碱性的氢氧化钾。Bacon将这种装置叫做Bacon电池，它实际上就是第一个碱性燃料电池（alkaline fuel cell, AFC）。
　　不过，在经历27年后，Bacon才真正制造出能工作的燃料电池。1959年，他生产出一台能足够供焊机使用的5 kW机器。不久，人们很快发现，除Bacon之外，Allis-Chalmers公司的农业机械生产商Harry Karl Ihrig也在这一年的晚期制造出第一台以燃料电池为动力的车辆。将1008块他生产的这种电池连在一起，这种能产生15 kW的燃料电池组便能为一台20马力的拖拉机供电。上述发展为今天人们所知的燃料电池的商业化奠定了基础。

　　燃料电池 —— 接下来的40年

　　燃料电池的现代发展史可以论为起始于20世纪60年代初期。当时，美国政府的新机构国家航空和宇宙航行局（NASA）正寻找为其即将进行的一系列无人 航天飞行提供动力的方法。由于使用干电池太重，太阳能价格昂贵，而核能又太危险，NASA业已排除这几种现有的能源，正着手探索其它解决办法。燃料电池正 好吸引了他们的视线，NASA便资助了一系列的研究合同，从事开发实用的燃料电池设计。
　　这种研究获得了第一个质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）。1955年，就职于通用电器公司（GE）的化学家Willard Thomas Grubb进一步改进了原来的燃料电池设计，使用磺化的聚苯乙烯离子交换膜作为电解质。三年后，另一位GE的化学家Leonard Niedrach发明了一种将白金存放在这种膜山上的方法，从而制造出人们所知的“Grubb-Niedrach燃料电池”。此后，GE继续与NASA合 作开发这一技术，终于使其在Gemini空间项目中得到应用。这便是第一次商业化使用燃料电池。
　　20世纪初期，飞机制造商Pratt&Whitney获得使用Bacon的碱性燃料电池专利的执照，并着手对原来的设计进行修改，试图减轻其 重量。Pratt&Whitney成功地开发了一种电池，其使用寿命比GE的质子交换膜的寿命长得多。正因为如 此，Pratt&Whitney获得了NASA的几项合同，为其阿波罗航天飞机提供这种燃料电池。从此，这种碱性电池便用于随后的大多数飞行任 务，包括航天飞机的飞行。使用燃料电池作为能源的另一好处就是它能产生可饮用水作为副产品。尽管在空间应用方面获得了令人感兴趣的发展，然而截至目前在地 面应用方面却有鲜为人知的进展。
　　1973年的石油禁运引发了人们对燃料电池动力在地面应用的重新兴趣，因为许多政府期望降低对石油进口的依赖性。不计其数的公司和政府部门开始认真地 研究解决燃料电池大规模商业化的障碍的方法。在整个20世纪的70年代和80年代，大量的研究工作都致力于开发所需的材料，探索最佳的燃料源，以及迅速降 低这种异乎寻常技术的成本。
　　最后，直到20世纪90年代，也就是Grove试验之后的150多年，正如第一个燃料电池揭开其面纱那样，一种廉价的，清洁的，可再生的能源最终变成 了事实。在这十年中，技术上的突破包括加拿大公司Ballard在1993年推出的第一辆以燃料电池为动力的车辆。二年后， Ballard和Daimler Benz公司都生产出每升1 kW的燃料电池组。
　　在过去的几年中，许多医院和学校都安装了燃料电池，大多数汽车公司也已设计出其以燃料电池为动力的原型车辆。在北美和欧洲的许多城市，如芝加哥，温哥 华等，以燃料电池为动力的公共汽车正在投入试用，人们正期望在不久的将来能将这种车辆投放市场。
　　在未来的几十年中，鉴于人们对耗竭现有库存自然资源的担心，以及愈来愈多的人意识到大量焚烧矿物燃料对环境的破坏，必将促使燃料电池在移动和静态能源 的发展。19世纪所显露的科学上的奇特事例将成为21世纪以及以后年代的能源。