據國外科技網站TechRadar報道，英國巴斯大學的研究人員最近開發出了一種能夠將尿液轉化為電能的新型燃料電池。簡單來說，燃料電池中用來發電的微生物能夠將尿液中的有機物轉成電能并在電池中存儲。
這聽起來非常有趣。盡管在三年前，英國的布里斯托機器人實驗室就曾研制出世界上第一款用尿液發電的燃料電池。不過，巴斯大學的研究人員還將燃料電池對環境的影響納入了考慮范圍之內。
作為一種新型的電池技術，燃料電池用途廣泛并擁有諸多優勢，為電池技術帶來了一條新的發展道路。但是，在一些方面，燃料電池仍然存在短板，需要進一步的發展。
一、燃料電池用途廣泛，有利于推動電池技術發展
燃料電池，是一種主要透過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的電池。當燃料和空氣分別被送進燃料電池時，電就產生了。從表面上看，燃料電池有著正負極和電解質，使之看起來就像蓄電池。但實際上，它并無儲電功能，反而更像一個“發電廠”。
燃料電池的起源，可以回溯至19世紀30年代。1839年，英國的法官和科學家William Robert Grove爵士做了電解水實驗，分離出氫和氧，這被認為是燃料電池的第一個裝置。Grove由這個實驗聯想到，如果氫和氧產生反應，就可能使電解水的過程發生逆轉從而產生電能。
為此，他將兩條白金的帶子分別放入盛有氫和氧的密封瓶中。當兩個瓶子被放入稀釋的硫酸溶液時，電流開始在兩個點之間流動，最終生成了水。為了提高電壓，Grove將同樣的幾個裝置進行串聯，他把它們稱作“氣體電池”。在1889年，化學家Ludwig Mond和Charles Langer嘗試著用工業煤氣和空氣制造實用裝置，他們將它命名為“燃料電池”，并獲得了200mA/m²的電流密度。
雖然這種新型技術引起了各方的注意，但是人們很快發現，想要將燃料電池技術商業化，需要克服諸多科學技術障礙，于是對于這一技術的熱情逐漸冷卻。
到了1932年，劍橋大學工程師Francis Thomas Bacon博士在之前的基礎上做了多次修改，比如用廉價的鎳網替換白金電極，還有用不易腐蝕電極的硫酸電解質替換堿性的氫氧化鉀。Bacon將其稱為Bacon電池，也就是世界上第一個堿性燃料電池。
此外，Allis-Chalmers公司的農業機械生產商Harry Karl Ihrig在同一年中制造出以燃料電池為動力的車輛。將1008塊電池連接在一起，成為了能夠產生15W燃料的電池組，可以為一臺20馬力的拖拉機供電。
這些發展為如今燃料電池的商業化奠定了堅實的基礎?，F在，燃料電池擁有著廣泛的用途，在軍事、空間、發電領域發揮著重要的作用。早期燃料電池的應用側重于軍事、空間等專業和千瓦級以上分散式的發電中，電動車領域也成為燃料電池主要的應用方向。目前，市面上有許多采用燃料電池發電的電動車。
此外，小型化的技術使得燃料電池被應用于一般的消費型電子產品也成為其應用發展的方向。隨著科技的進步，小型化的燃料電池將能夠取代現有的鋰電池或鎳氫電池等高價產品。筆記本電腦、手機、相機等便攜式電子產品均可用燃料電池作為電源，為有效地解決電子產品的續航問題提供了一條新的道路。
在空間任務中，在為航天飛機提供動力以及飲用水方面，質子交換膜燃料電池（PEMFC）已被廣泛應用；在民用燃料電池中，作為中型電源應用并進入了商業化階段的磷酸燃料電池（PAFC）成為首選；在工業試驗階段，熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）取得了不錯的成績；起步較晚的固態氧化物燃料電池（SOFC）則是發電領域最有應用前景的燃料電池，是未來大規模清潔發電站的首選。
一直以來，人們都在尋找一些既能夠高效利用又不污染環境的能源利用方式。燃料電池可以說是較為理想的技術，它發電效率高、環境污染少，有利于推動電池技術的發展。但是，燃料電池在某些方面依然存在短板，需要進一步的探索。
二、燃料電池擁有諸多優勢，但存在短板仍需探索
現在，生活中最常見的是鋰電池。與燃料電池相比，二者有相同亦有不同。
放電原理相同。燃料電池和鋰電池在對外輸出電能時不是熱機過程，而是等溫絕熱的電化學電源過程，因此效率都比較高。
工作方式不同。燃料電池輸入的是化學能，輸出的是電能。鋰電池則是輸入電能，輸出的也是電能。因此，燃料電池是能量轉化裝置，而鋰電池是儲能裝置。
相比之下，燃料電池的優勢很多。
從能源結構的角度看，燃料電池占上風。在化石能占絕大部分的背景下，如何提高從化石能到消費終端的效率是電池領域考慮的重點，這其中的關鍵就在于能量轉化裝置的變革。相比之下，儲能裝置更側重于優化能量利用的效率。
燃料電池對環境的污染也比較小，比如前面提到的以尿液為動力的燃料電池。其研究人員表示，這種電池是一種“價格低廉，可再生，可保持碳平衡”的產品。它的浪費程度極低，生產成本低至2英鎊（約合18.5元人民幣）左右。
從運載工具的角度看，燃料電池比鋰電池更加適合汽車業態。化學反應需要氧化劑、燃料和反應場所，鋰電池汽車需要這三樣齊全，而燃料電池只需要后兩樣。鋰電池中的氧化劑、還原劑存放的距離極近，即使不在工作狀態下也會自己放電。而且鋰電池為了達成壽命循環往往淺充淺放，因此不能保證每個循環都將油用干或加滿，這就導致真實的里程比理論上的還要減半。
此外，燃料加注的過程是物理過程，速度上不受限制。而鋰電池汽車能量的恢復是充電過程，也就是電解反應，這種過程需要控制，并且加注速度也受到電池技術進展程度的制約。
由此可見，燃料電池的優勢的確不在少數。不過，燃料電池在一些方面仍存在缺陷。
比如在便攜式電子設備的應用上，由于燃料電池的反映特性，系統集成簡化難度遠高于已經充分集成的鋰電池及其他種類的電池。
另外，燃料電池的產業化程度偏低。目前的燃料電池尚未形成產業鏈，相比之下，鋰電池針對便攜式電子設備的現場電源已經形成了批量制造業。
不過，在汽車方面，燃料電池和鋰電池均未形成產品制造業，其中最大的難點就在于電化學反應如何適應電機的負載大動態需求。
綜上所述，燃料電池用途廣泛，又擁有諸多優勢，但是在許多方面仍存在短板，尚不能大規模投入使用。不過，科學家們和研究人員并未停止努力。巴斯大學的研究人員們一直在對尿液燃料電池進行研究，參與了這一項目的斯庫勒博士表示：“這種新技術能改變窮人的生活，他們無需花大價錢就能用上電，這讓我感到成就感十足”。希望在未來的某一天，燃料電池能夠真正進入到我們的生活中，實現真正的高效率無污染發電。
