2004年6月A版

　　替代通常使用電池的技術開發(fā)正在蓬勃開展，一旦這些小型發(fā)電器得以普遍采用，便可實現不用電池的環(huán)境。

　　迄今，談及攜帶式電源便是電池，而如考慮到電池壽命，便需用商用電源或AC適配器，可又有使用場所的限制。不僅如此，當今顯示出最高性能的鋰離子電池，其技術進步已到飽和狀態(tài)，難以實現小型化。

　　受到人們關注的取代鋰離子電池的電源是自己產生電能的發(fā)電器。其能源可以由某種機械引擎的燃料或自然現象得以保證，而且只要采用半導體的細微加工技術，就能安裝在LSI芯片上實現小型化。

小型發(fā)電器的分類

　　取代鋰離子電池的小型發(fā)電器大致要分為燃料系和自然能系兩種(圖1、圖2)。

　　燃料系有使用汽油或丙烷氣等普通機械引擎燃料的往復式/轉缸式發(fā)電器或燃氣輪機發(fā)電器，和以甲醇及氫為燃料的燃料電池。兩者均能在瞬間達到高的輸出。其功率密度指標以燃氣輪機發(fā)電器最大，其后依次為往復式/轉缸式發(fā)電器、燃料電池。因此，燃氣輪機及往復式/轉缸式發(fā)電器對追求高輸出的機器人用電源有利，輸出較低但作為長壽命指標的能量密度更高的燃料電池，則適合用于便攜式設備的電源。這些燃料系發(fā)電器由于有越小型其發(fā)電效率越低的傾向，因此必須要有解決這個問題的對策。為了把燃氣輪機或往復式/轉缸式發(fā)電器小型化到芯片的尺寸，必須跨過許多難關。首先，如何讓葉輪及活塞等機械部分高速運動而不剮破周圍四壁，進而為提高效率，必須提高燃料壓縮部與由燃燒而動作的部分的絕熱性。

　　燃料電池已被制成在芯片上發(fā)電的元件，直接讓甲醇發(fā)生反應的直接甲醇方式因其結構簡單，有利于小型化。不過，要把能量密度提高到與鋰離子電池相當，甲醇濃度必須濃到40%以上。而成問題的是甲醇穿透過固體電解質的竄渡(Cross-over)現象。因此，開發(fā)既傳導發(fā)電所必要的粒子又不通過甲醇的高分子材料是重要的。此外，在補充燃料的球管及泵浦等機械部件方面，也必須實現小型和高性能。

　　自然能系是利用陽光、微振動、溫差等自然產生的能量的發(fā)電器。雖然功率密度低于鋰離子電池，但由于其能量在自然界大量存在，可以說能量密度無限之大。它們已用于鐘表之類的超低電力工作的設備，以及經長時間蓄存于電容器后再放電的輔助電源等。比如，利用微振動和溫差的發(fā)電，都已實際用于手表中了。

　　不過，這種自然的能量源由于受環(huán)境的左右，要確保恒定的能量還需要付出努力。比如說，對于太陽電池，如在被分隔的空間內，即可利用LED光，而對于溫差發(fā)電器，便可利用人的體溫與外部空氣的溫差。

燃料系運用硅的細微加工技術

　　燃料系發(fā)電器相繼開發(fā)了運用半導體細微加工實現小型化的主要技術。

　　日本早稻田大學在大約20mm見方的硅底板上形成了直接甲醇型的燃料電池，其特點是能以半導體一樣的思路實現高度集成。普通的燃料電池采用供給甲醇的燃料極和供給O2的空氣極從兩邊夾住固體電解質膜的雙極結構，而它則是把燃料極的空氣極并排在固體電解質一側同一平面上的平板結構，既節(jié)省空間，又能簡單地串并行連接。這種小型燃料電池的實現兼用了硅的細微加工、催化劑的電鍍、電化學材料等多種技術。

　　這項開發(fā)中基本單元的發(fā)電作用已得到證明(圖3)。今后，通過最佳設計燃料極與空氣極之間筋拱(間壁)的長度，以及加在固體電解質膜上的力，便能抑制甲醇的竄渡和固體電解膜的電阻分量引起的輸出降低。據稱，改善催化劑的結構及接觸面積，將來疊層至50~100層，就可能達到移動電話機可以工作的1~2W。

　　日本立命館大學試制了10