陳 波

（吳江出入境檢驗檢疫局，江蘇 吳江 215200）

0 引言

筆記本電腦以其便攜性和移動性,受到越來越多人的關注,隨著價格的進一步降低,筆記本電腦正有逐漸取代臺式機的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，2009年全世界筆記本電腦總產(chǎn)量約為1.5億臺，其中有超過90%來自中國。筆記本電腦電池作為動力源泉，其性能的好壞決定著筆記本電腦的發(fā)展前景。筆記本電腦電池發(fā)展到如今，經(jīng)歷了鎳鎘時代、鎳氫時代、鋰離子時代，然而隨著現(xiàn)代社會工作生活節(jié)奏的加快，對移動商務辦公需求的增加，筆記本電腦也向著輕型化、小型化、高性能、高數(shù)據(jù)傳輸、長待機時間的方向發(fā)展，目前普遍采用的鋰離子電池越來越不能滿足發(fā)展的需要，筆記本電腦市場急需要尋求一種新型的電池取代目前的現(xiàn)狀，直接甲醇燃資電池具有 體積小、重量輕、系統(tǒng)結構簡單、能密度高、燃資來源豐富、 價格便宜、運行便捷和噪聲低等優(yōu)點，被認為是最有希望的化學電源[1]。

1 燃料電池與其他電池的區(qū)別

1.1 燃資電池與一次性原電池的區(qū)別

燃資電池利用物質(zhì)發(fā)生化學反應時釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點看，它和其他化學電池如堿性電池、碳性電池等是類似的。但是普通原電池活性物質(zhì)都是直接存放在電池內(nèi)部的，限制了電池容量,而燃資電池正負極本身不包含任何活性物質(zhì)，它們只是個催化轉(zhuǎn)換元件,燃資和氧化劑均由外部供給,原則上只要不斷輸入反應物，不斷排出反應產(chǎn)物，燃資電池就能連續(xù)放電。

1.2 燃資電池與可充電電池的區(qū)別

可充電電池通過外部充電儲存能量,通過內(nèi)部放電釋放能量，可以多次循環(huán)、反復使用。在可充電電池的陽極和陰極之間，通過帶電離子的移動產(chǎn)生電流。而燃資電池本身不能儲存能量，只是進行化學反應，提供電能的一種發(fā)電裝置。

2 燃料電池的分類

燃資電池的種類按不同的方法可大致分類如下。

按燃資電池的運行機理分：有酸性燃資電池和堿性燃資電池。

按電解質(zhì)的種類不同：有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)。

按燃資類型分：有氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有機燃資，汽油、柴油和天然氣等氣體燃資。

按燃資電池工作溫度分：有低溫型，溫度低于 200℃；中溫型，溫度為200～750℃；高溫型，溫度高于750℃。

3 燃料電池的工作原理

作為燃資電池研究的一個主要方向和熱點，微型直接甲醇燃資電池(DMFC)被認為最有可能補充和替代目前廣泛使用的鋰離子電池而成為理想的動力電源[2]。

直接甲醇燃資電池主要由陰、 陽極極板和膜電 極構成，其中膜電極包括質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣 體擴散層。 催化劑層是電化學反應的場所；質(zhì)子交換膜導質(zhì)子阻電子，起到隔離反應物的作用；擴散層起 到支撐催化劑層、 收集電流及傳導反應物的作用； 陰、陽極板起到支撐、集流、分隔的作用。 DMFC 工作 時，甲醇水溶液注入陽極，通過擴散層到達陽極催化 劑層， 在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應生成 CO2，釋 放出電子和氫質(zhì)子； 產(chǎn)生的氫質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜 至陰極與氧氣反應生成水， 產(chǎn)生的電子從陽極經(jīng)外電路通過負載流向陰極形成電流。

直接甲醇燃資電池結構圖如圖1所示。

圖1 直接甲醇燃料電池結構示意

其電極反應如下：

4 甲醇燃料電池發(fā)展存在的問題

甲醇穿透現(xiàn)象：甲醇水溶液燃資電池的電解質(zhì)膜，大多使用酸性材資，這種材資會形成質(zhì)子水合物的通道使甲醇穿過薄膜而降低甲醇的利用率，甲醇穿透會在陰極觸媒與氧發(fā)生反應，進而造成電壓降低等問題。由于氫離子需要由水攜帶穿過高分子薄膜，電解質(zhì)膜要求具有高質(zhì)子導電性，同時需要控制甲醇穿透問題。

二氧化碳排出：二氧化碳在觸媒的堆積會導致觸媒利用率的降低，同時甲醇 在陽極催化劑表面緩慢氧化過程中，碳原子與氧原子結合時還會附帶產(chǎn)生一氧化碳，占據(jù)電 極的活性中心，毒化電極，使電極活性降低。[3]

在低溫條件下，甲醇燃資電池的陽極催化劑活性對大幅降低，氧化還原過程緩慢，具有較高的過電位，影響了電池的輸出性能和使用效率。

微型化、集成化和高能化是甲醇燃資電池的發(fā)展趨勢,其制造技術是一項復雜的高新技術，涉及眾多精密加工技術，需要采用先進的加工制造技術才能滿足筆記本燃資電池的加工要求[4-5]。為此，需要研制精密的筆記本燃資電池精密加工系統(tǒng)。同時,電池的微型化、集成化勢必引起比能量的下降,這與提高電池比功率密度相矛盾。

直接甲醇燃資電池的運行條件諸如溫度、甲醇濃度、甲醇 流量、電池放置方位對電池性能影響很大[2]。此外，甲醇燃資電池的封裝，運輸，存儲，安全及測試標準的建立，燃資的提供等都是影響甲醇燃資電池商業(yè)化發(fā)展需要解決的問題。

5 甲醇燃料電池關鍵技術

（1）電催化劑

催化劑的功能是加速電極與電解質(zhì)界面上的電 化學反應。目前的研究中對電極催化劑要求如下：催化活性高，較好的抗中毒能力；導電性好；穩(wěn)定性好，具有較強抗腐蝕能力。

目前甲 醇陽極氧化電催化劑研究的多是以鉑為基礎的二元 或多元催化劑，其中有以 Pt-Ru 為代表的二元催化劑、 以 Pt-Ru-W 為代表的三元催化劑和以 Pt-Ru-Os-Ir 為代表的四元催化劑。陰極催化劑 的研究主要集中在以下幾類氧電極催化劑： Pt/ C 催化劑、 Pt-M/C 合金催化 劑、 非鉑催化劑。

（2）質(zhì)子交換膜（PEM）

PEM為選擇透過性膜，它既是電解質(zhì)，又是隔 離物， 對質(zhì)子導通， 對電子絕緣。 PEM 必須滿足下述條件：良好的質(zhì)子導電性；不論膜在干態(tài)或濕態(tài)， 均應保證氣體在膜內(nèi)的低滲 透性；具有足夠高的機械強度， 適于 MEA 的制備 和電池的組裝；在玻璃化溫度時，膜表面具有一定 的黏彈性，以利于制備 MEA 組件時催化劑層與膜的 結合能力，減少接觸電阻；良好的化學與電化學穩(wěn) 定性；膜本身不溶于水，但具有較好的水合能力；對甲醇和氧化劑有良好的隔離作用。

由于目前廣泛采用的全氟磺酸膜導電性和熱穩(wěn)定性不夠;機械強度較差;甲醇滲透率較高，研究員把主要工作集中在質(zhì)子交換膜的改性以及新 材資的研制。

（3）膜電極（MEA）

膜電極是甲醇燃資電池的核心部件,通常由一對氣體擴散電極和一張質(zhì)子交換膜通過熱壓在一起組成。高性能的膜電極應具備下列特性：能夠最大限度減小氣體的傳輸阻力；形成良好的離子通道，降低離子傳輸?shù)淖枇?；形成良好的電子?道；氣體擴散電極應該保證良好的機械強度及導熱 性；膜具有高的質(zhì)子傳導性和很好的化學穩(wěn)定 性、熱穩(wěn)定性及抗水解性。

研究表明低溫條件下運行的燃資電池，電池MEA活化工藝對提 高催化劑利用率和電池性能具有很大的影響[6-7]。目前膜電極組件的技術難點集中在膜電極的密封性和甲醇滲透問題。

6 筆記本燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀

在燃資電池的研究方面日本處于領先地位。NEC、索尼、 卡西歐、東芝、日立等廠家展開了激烈競爭。2008年日本松下電器產(chǎn)業(yè)公司20日宣布，該公司開發(fā)出一款單位體積輸出功率是以往產(chǎn)品兩倍的直接甲醇燃資電池，適合筆記本電腦、手機等便攜設備使用。2009年十月東芝表示，正式推出首款直接甲醇燃資電池，該電池將首先用于便攜式電子產(chǎn)品。2009年麻省理工(MIT)的科學家最近開發(fā)出一種新技術,采用了一種全新的滲透性薄膜, 可以避 免甲醇泄漏的情況發(fā)生,大幅提高了DMFC的輸出功率,使其可以達到50%以上。

中國燃資電池的研究工作始于 1958 年，但是在 甲醇燃資電池 研究方面卻起步較晚。政府對燃資電池的研發(fā)高度重視，將其列為“國家科技中長期發(fā)展規(guī)劃”中能源、交通、電子等領域的重要研究方向和急需開拓的尖端高技術。清華大學核能與新能源技術研究院課題組承擔的國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）“智能化高效直接甲醇燃資電池電源系統(tǒng)的研制”，2009年11月24日在北京通過科技部驗收。同時中科院長春應化所、中科院大連化物所等單位為加速甲醇燃資電池技術的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化作出了很大努力。

7 結語

隨著現(xiàn)代社會信息技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，筆記本電腦以其便攜性和移動性在日常使用中日益普及，同時人們對于筆記本電腦的電池持續(xù)供電時間提出了更高的要求。相比于傳統(tǒng)可充電電池，甲醇燃資電池具有體積小、重量輕、系統(tǒng)結構簡單、能密度高、燃資來源豐富、 價格便宜、噪聲低等優(yōu)點，被認為是最有希望取代目前鋰電池來為筆記本電腦供電的電源，其技術實用性和生產(chǎn)成本的研究是世界各國各實驗室研究的熱點。相信隨著甲醇燃資電池技術的成熟，商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的到來，筆記本電腦的發(fā)展必將邁上新的臺階。

[1] YANG L X,ALLEN R G,SCOTT K,et al.A Study of PtRuO2 Catalysts Thermally Formed on Titanium Mesh for Methanol Oxidation[J]. Electrochimica Acta 2005, 50(05)： 1217-1223.

[2] 衣寶廉. 燃資電池：原理·技術·應用[M]. 北京：北京化學工業(yè)出版社, 2003：336-340;361-382.

[3] KAMARUDIN S K,DAUD W R W,HO S L,et al.Overview on the Challenges and Developments of Micro directme-thanol Fuel Cells (DMFC)[J]. J.Power Sources,2007,163 (02)：743-754.

[4] LU G Q,WANG C Y. Development of High Performance Micro DMFCS and a DMFC Stack[J].Journal of Fuel Cell Science and Technology, 2006,3(02)：131-136.

[5] ANDERS O, CHRISTIAN H. Characterization of a Portable DMFC Stack and a Methanol-feeding Concept[J]. Journal of Power Sources, 2006(158)：177-187.

[6] 朱科,陳延禧,韓佐青,等. 質(zhì)子交換膜燃資電池膜電極活化工藝及機理[J].電源技術,2002,26 (04)：267-268.

[7] 林才順,王新東,張紅飛,等.直接甲醇燃資電池膜電極的活化工藝[J].電源技術,2007,131 (07)：554-555.

Web安全問答(10)

問：網(wǎng)站會面臨什么樣的安全問題

答：網(wǎng)站面臨的安全問題是方方面面的，主要可概括為以下四個方面：

（1）操作系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)庫的安全問題

這里指操作系統(tǒng)和后臺數(shù)據(jù)庫的漏洞，配置不當，如弱口令等等，導致黑客、病毒可以利用這些缺陷對網(wǎng)站進行攻擊。

（2）Web發(fā)布系統(tǒng)的漏洞

Web業(yè)務常用的發(fā)布系統(tǒng)，如IIS、Apache等，這些系統(tǒng)存在的安全漏洞，給入侵者可乘之機。

（3）Web應用程序的漏洞

主要指Web應用程序的編寫人員，在編程的過程中沒有考慮到安全的問題，使得黑客能夠利用這些漏洞發(fā)起對網(wǎng)站的攻擊，比如SQL注入、跨站腳本攻擊等等。

（4）自身網(wǎng)絡的安全狀況

網(wǎng)站服務器所處的網(wǎng)絡安全狀況也影響著網(wǎng)站的安全，比如網(wǎng)絡中存在的DoS攻擊等，也會影響到網(wǎng)站的正常運營。