說起手機電池，鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池大家都不陌生。然而，歷史上還曾經出現過一種與眾不同的電池，它的能量密度很高，但是又有天生缺陷，這就是甲醇燃料電池。

需要“加油”的電

上世紀九十年代末至本世紀初，鋰離子電池技術還不是非常成熟，手機電池容量有待進一步提升，有的企業索性推出了甲醇燃料電池的手機。

日本東京舉辦的CEATEC展會上，KDDI和東芝公司聯合推出的甲醇燃料電池手機（圖片來源：http://news.mydrivers.com/1/146/146118.htm?fr=m）

這是一種以燃料電池為電源的手機。與其他電池不同的是，這種手機的電用光後，不能通過充電恢復電量，而是需要像加汽油一樣給手機添加甲醇，電池會將儲存在甲醇中的化學能轉換為電能。

鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池中的化學能直接存儲在電池的正負極材料當中。放電時，兩種物質發生氧化還原反應生成另一種物質，同時對外釋放電子，提供電能；充電時，生成物可以通過逆向反應變回原來的樣子，於是又可以接著放電。這種可以反复充放電的電池叫做二次電池。

帶有燃料盒的甲醇燃料電池

甲醇燃料電池的不同之處在於，電池的化學能不是存儲在電池材料中，而是儲存在燃料當中，這裡燃料指的就是甲醇，而正負極材料則起到催化的作用。所以手機需要配置額外的空間來儲存甲醇，體積會相對比較大。當手機快沒電的時候，我們需要往手機中註入甲醇，就像沒油的汽車需要添加汽油一樣。

甲醇燃料電池手機側面的燃料添加孔

無序的熱能→有序的電能

甲醇燃料電池的基本構造主要可以分為陰極、電解質和陽極，電池放電時，陰極就是電池的正極，陽極就是電池的負極，為了敘述上符合大部分人的習慣，下文就用以正極、電解質和負極來進行闡述。

甲醇燃料電池的結構示意圖

正極和負極都是由金屬鉑製備而成，它們分別對氧氣和甲醇進行催化。在電池工作時，正極通入空氣，負極通入液體的甲醇。甲醇在鉑的催化作用下，失去電子被氧化為二氧化碳，並生成氫離子。負極的電極反應可以寫成：

接著產生的氫離子和電子分別沿著兩條不同的路徑傳輸。氫離子通過電解質穿過電池內部抵達正極。電解質是一種選擇透過性膜，只有氫離子能從電解質的一側穿過到達另一側，而其他原子、分子、離子一律被拒於門外。我們知道原子都是由原子核和核外電子構成的，而氫原子又比較特殊，它只有一個電子和一個質子，當它失去電子變成氫離子H+，就只剩下一個裸露的質子，所以我們又稱氫離子為質子，這種選擇透過性膜因而也叫質子交換膜。

氫原子和氫離子（圖片來源：作者繪製）

電子則通過外接電路流向正極，在流動的過程中順便對負載，也就是手機做一下功，於是手機就能通語音、玩遊戲、聽音樂了。

在正極，空氣中的氧氣在鉑的催化作用下，被分解為氧原子，然後與來自負極的氫離子和電子結合形成水。正極的電極反應可以寫成：

我們把正極和負極的半反應寫在一起，可以得到下面的反應方程式：

看起來是不是有點似曾相識的感覺？沒錯，這個其實就是甲醇燃燒的反應方程式。所不同的是，燃燒時電子的轉移是混亂無序的，儲存在化學鍵中的化學能以熱能的形式釋放；而在燃料電池中，氧化和還原分開進行，通過引入電解質和外部電路實現電子的有序運動，化學鍵中的化學能以電能的形式釋放。

實現了超長待機

卻沒有被廣泛使用

甲醇燃料電池，最突出的優點就是能量密度高，比其它所有電池都要高出很多。1998 年Manhattan Scientifics 公司註冊了商標名為Micro-Fuel Cell用於手機電源的微型直接甲醇燃料電池，以這種電池為電源的手機可待機6個月， 連續通話1星期；而當時使用的鋰離子電池只能待機2星期， 連續通話5小時。其續航能力簡直不在同一個檔次。

與所有電池一樣，甲醇燃料電池的應用可不僅僅局限於手機上，筆記本電腦、攝像機這類需要用到電的便攜式電子產品都能夠讓它一展身手。

一種用甲醇燃料電池的筆記本電腦

甲醇燃料電池有優點，但是不足之處也十分明顯：

成本：

前面提到過，電池的催化劑是鉑。鉑也稱為白金、鉑金，是一種比黃金還要貴的貴金屬，由它製備成的電池，其成本可想而知。

電池中的電解質——質子交換膜

理論上質子交換膜只允許氫離子通過，可是實際上甲醇也能夠穿過質子膜，這些穿過電解質的甲醇會抵達正極，直接和氧氣反應，造成甲醇自放電，不但不產生電，而且會產生額外的熱量，這部分的能量就被浪費掉了。開發一種可以阻止甲醇穿透的質子交換膜一直都是讓科研人員頭疼的問題。另一方面，為了阻止甲醇穿透，只能使用低濃度的甲醇水溶液，這無疑需要增大甲醇的儲存空間。

功率密度小，且甲醇不易攜帶

甲醇燃料電池工作時會產生水、熱量，所以需要水、熱管理系統，電池的製造比二次電池更加複雜。而且它的功率密度很小，對於大功率的電子產品的應用非常不利。另外使用這種電池需要你手頭時常備著一瓶甲醇，而甲醇又是易燃物品，很多場合不允許攜帶，這多多少少帶來了一些使用上的不便。

會有光明的未來麼？

甲醇燃料電池只在歷史上出現過很短的時間，很快它就淡出了人們視野。不過近年來它似乎又有捲土重來之勢。

近幾年，為響應低碳環保出行，新能源汽車做得風風火火，可是純電動車的續航里程令人擔憂，氫燃料汽車又面臨著儲氫、輸氫上的諸多不便。隨著中國甲醇產能的增速，有人便盯上了甲醇燃料電池汽車。

與純電動車相比，甲醇燃料電池汽車沒有續航里程的憂慮；甲醇的加註和汽油一樣方便，不存在充電時間長的問題。與氫燃料汽車相比，由於甲醇是液體燃料，不需要使用昂貴的儲氫罐，存儲和運輸更加簡單方便。丹麥甲醇燃料電池製造商SerEnergy研製了一種甲醇燃料電池汽車，用一罐甲醇行駛距離可達800公里。不過，如果甲醇燃料電池的固有缺點得不到解決，這種汽車何時能投放市場還不得而知。

甲醇燃料電池汽車（https：//serenergy.com/next-generation-of-methanol-fuel-cell-vehicles-sees-the-light-of-day/）

有人認為，甲醇燃料電池只是技術尚未成熟，有人認為它純粹是一個商業噱頭。究竟，甲醇燃料電池會就這樣銷聲匿跡，還是會迎來意想不到的未來，我們拭目以待。