1.5 格罗夫电池

1838年，英国科学家威廉·罗伯特·格罗夫（William Robert Grove，1811—1896，见图1-18）发明了一种电池，被称为格罗夫电池（the Grove battery，见图1-19）。格罗夫电池包括一个浸在硫酸中的锌阳极和一个浸在硝酸中的铂阴极，它们之间用带孔的陶瓷隔开。格罗夫电池比丹尼尔电池可以提供更大的电流，电压也是丹尼尔电池的近两倍。当时美国电报网因为使用格罗夫电池受益匪浅。格罗夫电池相比丹尼尔电池具有明显的优点，也具有明显的缺点。它在工作时，会释放出有毒的一氧化氮气体烟雾；随着电量减少，电压也急剧下降；金属铂也很昂贵。和丹尼尔电池一样，格罗夫电池也是于19世纪60年代被淘汰。

图1-18 威廉·罗伯特·格罗夫，英国科学家、法官，燃料电池的发明者。

格罗夫电池的历史虽然已经过去，但他在1839年设计的一种利用氢和氧产生电的气体电池（Grove's gaseous voltaic battery）却成为当今世界上研究的热门课题，这就是所谓的燃料电池（fuel cell）。

图1-19 格罗夫电池，上部分中A、B、C、D表示的是格罗夫电池的结构分解图，下部分是格罗夫电池组。

1838年，巴塞尔大学（University of Basle）瑞士籍的理化教授许拜恩（Christian Friedrich Schönbein，1799—1868）首度发现了燃料电池的电化学效应。这一现象曾经被法拉第发现，他称之为副反应，也就是被电解的水所产生的氢气和氧气，在铂电极的催化下，可以重新化合成水。许拜恩教授发现这一过程中可以产生电流，并将这种现象解释为极化效应（polarisation effect），这便是后来被称做燃料电池的起源，格罗夫的气体电池原理亦是基于此。

格罗夫气体电池的实现方法才真正构成了气体电池的技术核心。格罗夫将两条铂丝电极分别放入两个试管中，一个试管中充有氢气，另一个试管中充有氧气，犹如我们今天在用排水取气法进行电解水实验时那样，将两个试管倒插在稀硫酸溶液中，装有氧气的瓶中产生了水，果真有电流开始在两个电极之间流动。而为了提高整个装置所产生的电压，格罗夫将4组这种装置串联起来。他将这种电池称作气体电池，这个装置就是后来被公认的全世界第一个燃料电池（见图1-20）。而“燃料电池”（fuel cell）一词直到1889年才由英国化学家蒙德（Ludwig Mond，1839—1909）和澳大利亚化学家朗格尔（Carl Langer，？—1935）所提出。

图1-20 格罗夫发明的世界上第一个燃料电池。

然而在19世纪，要将燃料电池商业化存在着很多无法克服的障碍，如铂的来源、氢气的制备等。因此，格罗夫的发明并未引起大家的关注。到了19世纪末，由于内燃机技术的崛起与快速发展，同时配合大规模石化燃料（石油和煤炭）的开发与利用，人们对燃料电池的需求几乎是可有可无的，这使得燃料电池的应用变得遥遥无期。

燃料电池的现代史可以从20世纪60年代初期太空科技的发展开始。美国航天局（NASA）为了寻找适合用于载人宇宙飞船的动力源，进行了各种动力源发电特性的比较与分析，例如化学电池、燃料电池、太阳能电池及核能等，最后选中比功率高、比能量高的燃料电池作为功率要求1～10kW、飞行时间在1～30天的载人宇宙飞船的主电源。在能源短缺的今天，世界各国燃料电池的研究变得非常热门。［5］