可用于便携应用的燃料电池系统有很多种，包括质子交换膜或聚合物电解液膜(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)和直接乙醇燃料电池(DEFC)。当前业界争论的焦点是选择哪一种技术：采用基于氢的PEMFC――通过氢与氧的电化学反应来发电，还是DMFC――从甲醇提取氢、从而省略燃料重整器。

PFMFC：要解决体积问题

很多开发商认为用于小型移动终端的PEMFC中，氢气的储存和运输存在较大障碍。氢是易燃物质，一般需要在加压的燃料罐中来供给，这使美国运输部就运输、存放和安全问题亮出了红牌。

而某些开发商，如MesoSystems Technology公司，仍认为基于氢的燃料电池系统将是便携应用的首选。MesoSystems公司首席执行官Charles Call说，基于氢的系统可提供比甲醇更高的能量密度。该公司的微型制造或尺寸改造技术的目标是提供比传统锂离子电池大5？10倍的能量密度。

然而挑战仍然是严峻的，对于氢气的存储，眼前尚无针对小型系统的可行技术。Call说：“它可储存于高压罐内，但会产生安全问题。若吸收到镍金属的氢化物中，由于该金属与氢相比过于笨重，又使其原有的优势大打折扣。它必须在性能上有成倍的优势、为设备制造商带来变化，这样才可打败其它电池。”

MesoSystems的方法是储存高能量密度的燃料，让其在微型反应器中转化为氢气。但这样做的结果是，系统一直未能达到足够小的尺寸、以直接替代手机的电池。然而Call还是乐观的表示，未来可以做到ZIP驱动器或腰包的尺寸。Call说：“燃料最终可以储存到打火机大小的容器中，一次充电可以使用几天。”

DMFC：要解决渗透问题

由美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室开发并授权的DMFC博得了众多开发商的青睐。他们认为DMFC是小型设备的首选技术，因为它直接使用甲醇，可省略氢的生产与存储，而不必使用燃料处理器或发生器。

“我们认为人们不会随身携带一小罐压缩氢气。这关系到安全与重量等问题。”摩托罗拉的Hallmark说。Harrod则表示，“允许在飞机上携带氢燃料还需要一段时间。然而甲醇则不同，由于它是汽车挡风玻璃的刮洗液，公众早已有了一定的认识，因此不会引起对安全的过分担心。”

DMFC以甲醇为燃料，它与氧结合可产生电流。尽管该技术听起来简单，但事实并非如此。它需要处理燃料和空气(氧气)并向燃料电池膜电极输送的一套方法，并且系统部件必须足够小，以适合装入便携设备。

“促使DMFC商业化的是微型燃料电池开始被看作电子部件。许多在电子工业中使用的微流体MEMs及电子工艺都可用于这些燃料电池的设计与大批量生产。”Mechanical Technology(MTI)总裁Bill Acker说。但甲醇也有一些不足之处，DMFC开发商面对的一个重要技术挑战是“甲醇渗透(cross-over)”问题，它严重地降低了燃料效率和性能。

“目前，许多公司都在利用早先针对氢燃料电池开发的膜技术，但是它尚未针对甲醇系统进行优化。”Hallmark说，“甲醇会通过膜进行扩散或泄漏，这降低了系统性能。”

“有些公司通过将甲醇稀释到只有5%的浓度来解决这一问题，这样可将甲醇渗透减少到可以接受的水平，但燃料盒中的能量却大大减少了。接着的挑战是甲醇被引入燃料电池中时与水的混合稀释，这又带来水的恢复与再循环的问题。”

多数公司都曾试图采用外部输送器的方法来解决甲醇渗透的问题。它按照燃料电池的需要输送甲醇，或采用某种水管理系统。某些公司将燃料电池叠起，但又需解决向中间燃料电池提供氧气的问题，Medis Technologies(Medis)首席执行官Bob Lifton说。

Medis采用直接液体乙醇燃料(DLEF)的方法，以回避甲醇渗透的问题。该公司不使用固体聚合膜，而是采用一种独有的电解液，以降低燃料电池系统的生产成本，并延长服务寿命和工作时间。该公司还发现，自成一体的燃料电池采用乙醇的效果比甲醇好。这种电解液系统无需外部系统，由两个电极、燃料及电解液组成。

DMFC系统的小型化也是关键，包括部件的尺寸、燃料输送系统。人们正努力将这些部件整合到燃料电池系统中，同时又不致过多地增加功耗、尺寸与重量上的开销。

科学曼哈顿MicroFuel Cell技术的开发得到广泛的关注。Harrod认为，其公司拥有现成的工艺与材料，可提高燃料电池的电流输出能力。为使燃料电池成为下一代3G电话的适用能源，Harrod说，MicroFuel Cell必须比一张信用卡面积还小，可输出2？3瓦的功率，并且在成本上可与锂电池相比。

金属-空气技术：具有成本优势

铝-空气技术也可以提供较高的能量密度。该项技术理论上的能量密度可以达到4,000瓦小时/公斤以上，但是目前只有800瓦小时/公斤。

这种系统采用铝金属(重量轻而且价格便宜)、氧及无毒电解液与气体扩散阴极，因此成本低廉，而且比锂电池更为安全。该类系统无需充电或添加燃料。一旦某个单元消耗殆尽，可以采新的单元替换。它的回收处理也相当容易。

Trimol集团正在开发针对手机和便携电脑的铝-空气燃料技术原型样机。该公司通过“技术购买协议”从燃料电池开发公司Aluminum-Power公司获得了该技术的授权。后者一直在开发大功率应用技术，如后备电源系统和便携式发电器。

“我们走这条路是因为成本问题，这对消费者来说是极其重要的。”Trimol营销副总裁Rafael Ferry说。Trimol已开发出燃料电池原型样机，尺寸为60×35×8毫米，正在接受β测试。

Trimol的目标是可供手机待机30天，通话25小时，供便携电脑连续使用10小时。针对手机的原型样机将于今年初推出，并计划在年底开始量产。

AER Energy Resources公司(AER)已经在为诺基亚手机提供4伏锌-空气原电池试用样品。该电池原型由四个高能金属盒锌-空气单元、公司专利产品空气扩散管理器和小型空气输送器组成。公司说，该装置可供诺基亚手机使用的通话时间是传统锂离子或镍氢电池的四倍，即12小时的通话时间或1,300小时的待机时间。该电池的重量为80克，容量为16瓦小时。

还有些公司则在开发基于其它材料的特殊燃料电池。尽管Greenvolt Power公司(GP)最初开发采用氢-固态聚合物、以及镁/盐水/空气(MASWFC)的较大型燃料电池，但他们说，其MASWFC技术有可能缩小到适合便携电子应用的尺寸。

“它可能缩小到较小的尺寸。我们还没有这样做，因为我们要根据资金的需求紧迫度来安排优先次序。”这家加拿大公司的总裁Thomas Faul说。该公司目前正在销售30、60和75瓦的MASWFC电池，可在家庭中为电视、照明灯、便携电脑、手机及GPS等设备供电。

对制造工艺的要求

制造小型或微型燃料电池有很多方法，可使用不同的工艺和技术，以及膜电极组件。Harrod说，科学曼哈顿的技术优势在于它的制造能力。该公司拥有真空沉积技术，如IC生产中使用的那种，可在塑料薄片上印制燃料电池元素，并以流水方式大批量生产。这对燃料电池的低成本制造来说具有极强的吸引力及巨大潜力，Harrod说：“但是你还要努力提高输出能力，这就是矛盾的地方，也是一个挑战。”

Hallmark认为摩托罗拉的陶瓷微流体燃料输送系统将能够解决某些此类问题。该公司的陶瓷微流体工艺技术与PC板采用叠层和过孔的方法相似，可在板块内进行燃料处理和燃料输送。“它能够将甲醇与水混合并输送到燃料电池，分离出产生的二氧化碳气体，并向燃料电池提供空气。”Hallmark说。

摩托罗拉已在实验室里建立起100毫瓦燃料电池系统，用于展示该系统的功能，但对手机来说体积太大。该公司希望今年能够实现一个针对手机的原型样机，但尚未确定其功率目标。

另外，DMFC中的催化剂也需要改进。DMFC通常使用的催化剂是由昂贵的铂和钌材料组成，这增加了低成本方案的开发难度，难与最新式的锂离子和锂聚合物电池相抗衡。

“DMFC所需催化剂材料的数量比标准氢燃料电池高很多，这是由于甲醇的反应效率比较低。”Hallmark说，“由于催化剂数量比氢燃料电池高出一个数量级，因此在系统成本中占了相当大的比例。”

因此，开发商正寻求减少催化剂装载量的方法，即减少燃料电池单位区域所需的催化剂数量，或者考虑其它更低成本、可能带来更佳性能的材料。已有公司宣称开发出一种新型催化剂，可减少铂的装载量。

南京拓微