第五章燃料电池之直接甲醇燃料电池 5

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直接甲醇燃料电池工作原理及特点

随着环保意识的增强和能源危机的日益严重，燃料电池作为一种全新的能源转换技术，受到了越来越多的关注和研究。直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是其中一种重要的燃料电池类型，具有较高的能量密度、低温度下较高的转化效率、易于使用和储存等优点，已经成为了研究和应用的热点之一。本文将介绍直接甲醇燃料电池的工作原理及特点。

一、直接甲醇燃料电池的工作原理

直接甲醇燃料电池是一种基于氧化还原反应的电化学装置，它将甲醇和氧气直接转化为电能和水，其反应方程式为：

CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O + 6e-

该反应是在催化剂的作用下进行的。催化剂通常采用铂、铑等贵金属，可以促进反应的进行，提高转化效率。甲醇和氧气在电解质中形成离子，通过电解质的离子交换作用，将正负离子分离，形成电流，从而实现了能量的转换。

二、直接甲醇燃料电池的特点

1. 高能量密度

直接甲醇燃料电池的能量密度较高，可以达到100-150 Wh/kg。这意味着在同样的质量下，直接甲醇燃料电池可以提供更多的能量，具有更长的工作时间。因此，它可以被广泛应用于需要高能量密度的领域，如移动电源、航空航天等。

2. 低温度下较高的转化效率

直接甲醇燃料电池不需要高温度下才能工作，它的最高工作温度通常在100℃以下。这意味着它可以快速启动，且不需要复杂的制冷装置。此外，直接甲醇燃料电池具有较高的转化效率，通常在30%左右，这意味着它可以将更多的化学能转化为电能，从而提高了能源的利用效率。

直接甲醇燃料电池工作原理及特点

1. 简介

甲醇燃料电池是一种化学电源，将甲醇及氧气作为燃料，通过化学反应产生电能。甲醇燃料电池具有高效、环保、可再生等特点，被广泛应用于电动汽车、移动电源以及微型电力设备等领域。

2. 工作原理

甲醇燃料电池的工作原理是将甲醇、水和氧气作为燃料在阳极和阴极间进行氧化还原反应，从而产生电流。具体反应式为：2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O

反应中，甲醇在阳极被氧化成二氧化碳和水，同时产生电子，电子经过外部的电路流转到阴极，从而产生电能。

3. 特点

甲醇燃料电池相比于传统电池具有以下特点：

3.1. 高效

甲醇燃料电池的能量转换效率高达50%以上，同时具备高功率密度和高热效率，因此具有极高的能量利用效率。

3.2. 环保

甲醇燃料电池在工作过程中只产生二氧化碳和水，不含有废气、废水等有害物质，是一种非常环保的能源。

3.3. 可再生

甲醇燃料电池的原料——甲醇可以从木材、植物油、废物等中提取，具有可再生性。同时通过使用废弃物产生的甲醇，可以有效地降低生态环境的污染程度。

3.4. 适用范围广

甲醇燃料电池具有很强的适应性，可以用于移动电源、家庭备用电源、新能源汽车等领域中，因此是未来能源领域的主要发展方向之一。

4. 结论

甲醇燃料电池作为一种高效环保可再生的能源，具有非常广阔的应用前景和发展空间。随着技术的不断发展和创新，它将成为未来能源领域的主流能源之一。

甲醇燃料电池

原因有：（1）电催化剂活性低，导致化学反应速率降低；（2）Pt易吸附甲醇氧化的含氧活性中间体 COx导致催化剂中毒；（3）Pt等金属价格昂贵；（4）低温条件下运行时，在阳极会产生高过电位，降低转换效率；考虑到以上这些关键因素，研究者们现在致力于发展耐久性好，价格低廉，并且有较高活性和稳定性的阳极甲醇氧化（MOR）和阴极氧气还原（ORR）催化剂。
甲醇燃料电池
质子交换膜燃料电池中的一类
目录
01 电池结构及原理
03 主要问题
02 特点
Hale Waihona Puke Baidu
直接甲醇燃料电池（Direct methanol fuel cell，DMFC）属于低温燃料电池，釆用质子交换膜做固体电解质，甲醇作为燃料。相关技术不断进步，工业化和实用化前景日益明朗，显示出较好的发展势头。
①甲醇吸附至催化剂表面并逐步脱氢形成含碳中间产物。 ②解离水产生含氧物种，与含碳中间产物反应，并释放出CO2。由于Pt在酸性介质中对甲醇具有较好的吸附能力，且具有较好的氧化活性及稳定性，甲醇氧化机理研究一般在Pt基催化剂PtM（M=Pt，Ru，Sn，Mo）表面进行，主要包括如下步骤： CH3OH+Pt（s）→Pt-CH2OH+H++ePt-CH2OH+Pt（s）→Pt2-CHOH+H++ePt2-CHOH+Pt（s）→Pt3-COH+H++ePt3-COH+Pt（s）→Pt-CO+2Pt（s）+H++eM（s）+H2O→M-OH+H++e-

全面解析直接甲醇燃料电池

今天小编要来为大家全面讲解下直接甲醇燃料电池。直接甲醇燃料电池（DMFC）有很多优点，这使得它未来极有可能成为便携式产品的主流电源。

技术原理

DMFC以碳作为电池的阴极和阳极，而两个电池间则为具有渗透性的薄膜所构成。其电解质为离子交换膜，薄膜的表面则涂有可以加速反应的触媒。甲醇溶液透过阳极进入燃料电池，氧气则由阴极进入燃料电池。经由触媒的作用使得甲醇所含的氢原子裂解成质子与电子，其中质子被氧吸引到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后到达阴极，跟氧形成水。DMFC的化学反应如下：

阳极反应公式：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e

阴极反应公式：3/2O2+6H++6e→3H2O

全反应公式：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O

一个DMFC目前可以产生300-500毫瓦特每平方厘米。增加电池的面积以及电池数量可以提供足够的车辆以及固定应用所需要的任何瓦特以至千瓦。DMFC的操作温度范围则在合适的室温到80℃左右。其效率大约是40%左右。DMFC储存方便且成本低，启动速度亦很快。DMFC缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。

优点

DMFC直接使用甲醇为燃料，不需燃料的前期处理程序，这使得DMFC很容易微小化。更重要的是DMFC通过特定的方法使甲醇和空气化学反应产生

直接甲醇燃料电池资料

直接甲醇燃料电池研究进展

摘要: 介绍了直接甲醇燃料电池的工作原理、研究现状及最新进展, 认为直接甲醇燃料电池是目前较理想的燃料电池, 有广阔的发展前景。直接甲醇燃料电池(DMFC) 具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点,以固体聚合物作为电解质的直接甲醇燃料电池是理想的车用动力电源,具有广阔的发展前景。

关键词:直接甲醇燃料电池;甲醇;渗透;膜;电催化剂

Performance study on direct methanol fuel cell Abstract: Working principle, current research situation and latest progress of direct methanol fuel cell are introduced .Fuel cell of this kind is regarded as a perfect one so far, with bright prospects to be expected. Direct methanol fuel cells (DMFC) had several advantages including ease transportation and storage of the fuel, reduced system weight, size and complexity, high energy efficiency. Polymer electrolyte membrane direct methanol fuel cells (PEMDMFC) were ideal power source for

DMFC直接甲醇燃料电池

技术开发
• 为得到较高的输出电压需将电池串联组成电池堆；
• 为防止催化剂中毒，阳极催化剂使用一般采用二元或多元催化剂，如催化剂Pt-Ru/C等；
• 氧化物的形成可以在铂的表面与水反应生成提供活性氧的中间体提供活性氧的中间体，这些中间体能促使PtCHO反应生成二氧化碳，改善Pt的催化性能，从而达到促进Pt催化氧化甲醇的目的。
• 不同点：催化剂与质子交换膜，Nafion膜用于 DMFC时存在甲醇渗透现象；
• 改善方法：制备Nafion-SiO2膜，Nafion-PTFE复合膜等。
前景
• 最容易实用化，商业化。而新技术的发展会克服重重困难，一
步步的解决以上问题，尤其研制出对甲醇氧化具有高的电催化活性和抗氧化物CO毒化阳极催化剂和抗甲醇渗透的质子交换膜会加快DMFC的实用化，产业化的速度！
质子交换膜燃料电池 ( PEMFC) 直接甲醇燃料电池 ( DMFC) 碱性燃料电池 ( AFC) 磷酸盐型燃料电池 ( PAFC) 熔融碳酸盐型燃料电池 (MCFC) 固体氧化物燃料电池 ( SOFC)
• DMFC在汽车行业的应用不如质子交换膜燃料电池的应用成熟, 但是也有一些成功的案例。
• 2008年奥运会期间, 上海大众推出了 DMFC 燃料电池车, 充一次燃料可运行 300 k m;
谢谢 Baidu Nhomakorabea 看

燃料电池的化学原理

燃料电池作为一种新型的绿色能源技术，在现代社会中发挥着越来

越重要的作用。它依靠化学反应将氢气和氧气转化为电能，同时产生

的副产物只是水，几乎没有任何污染物的排放。作为一种清洁能源，

它具备高效率、可持续、资源丰富等特点，被广泛应用于交通、工业

和家庭等领域。本文将介绍燃料电池的化学原理及其工作原理。

一、燃料电池的化学原理主要涉及两种反应：氧气还原反应和氢气

氧化反应。氢气氧化反应是通过氢气与电解质中的氢氧离子（H+)发生

氧化反应，生成水（H2O）和电子（e-)。这个反应可以表示为：H2 → 2H+ + 2e-

而氧气还原反应是指氧气与电解质中的电子和氢氧离子发生还原反应，生成水。这个反应可以表示为：

1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O

根据这两个反应，我们可以看到燃料电池中的氢气被氧气氧化为水，实现了能量的转化。

二、燃料电池的工作原理

燃料电池的工作原理涉及到四个主要的组件：负极（阴极）、正极（阳极）、电解质和催化剂。其中正极和负极都是电极，电解质在其

中起到导电和离子传递的作用，而催化剂则加速了氧化和还原反应。

在燃料电池中，负极吸附氢气，氢气分子在负极表面被催化剂分解

为氢离子和电子。氢离子通过电解质传导到正极，而电子则通过外部

电路传导到正极。在正极，氧气和电子与氢离子共同发生还原反应，

生成水。这个过程中，电子从负极通过外部电路流向正极，形成电流，从而产生了电能。

三、燃料电池的类型

燃料电池根据不同燃料和电解质的类型，可以分为多种不同的类型，常见的有质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。

(word完整版)DMFC 直接甲醇燃料电池简介

直接甲醇燃料电池

1.1 DMFC 的工作原理

直接甲醇燃料电池(DMFC)是以质子交换膜为电解质、液态甲醇为燃料的一种新型燃料电池。如图 1.1 所示,它主要由阳极、阴极和电解质膜三部分组成。DMFC 工作时,甲醇和水的混合物经扩散层扩散进入催化层，在阳极催化剂的作用下直接发生电化学氧化反应生成 CO2、6 个电子和 6 个质子.

质子经质子交换膜由阳极迁移到阴极区，而电子经外电路做功后到达阴极区。氧气（或空气）经扩散层扩散进入催化层并在阴极催化剂的作用下与流入阴极区的电子和质子发生电化学反应生成水。电池的总反应方程式如式 1-1 所示，电子在迁移过程中经外电路做功形成回路产生了电流,实现了化学能到电能的转化。（1）、酸性条件下电极反应与电池总反应方程式为:

阳极: CH3OH + H2O → CO2+ 6H+ + 6e— E10 = 0。046 V

阴极： 3/2 O2 + 6H+ + 6e—→3H2O E20 = 1。23 V

总反应:CH3OH + 3/2 O2→CO2 + 2H2O E = E20 - E10 =1.18 V （1.1）从总反应方程式可以看出，DMFC 中甲醇的化学能转化为电能的电化学反应结果与甲醇燃烧生成二氧化碳和水的反应相同。

由于阳极甲醇氧化反应的可逆电势较氢标准电势高，因此,DMFC 的标准电势较氢氧燃料电池更低。理论计算结果表明：DMFC的 E0=1。183 V，能量转化率为96.68 %，但电池的实际工作电压远小于此值。当阳极电势≥0.046 V（可逆氧化电势)时，甲醇将自发进行反应；相同地，当阴极≤1。23 V(可逆还原电势）时，氧也可以自发地发生还原反应.因此，阳极电势比 0.046 V 高的多而阴极电势比

直接甲醇燃料电池

直接甲醇wenku.baidu.com料电池的工作原理
阳极反应 CH3OH+H2O→CO2+6H+ +6e－阴极反应 3/2O2+6H+ +6e－→3H2O 电池总反应 CH3OH+ 3/2O2→CO2+2H2O
工作原理图如下：
直接甲醇燃料电池的应用
有数据表明，到2010年，市场对能耗的需求速度远远大于电源的技术发展速度。甲醇燃料电池由于可以为便携产品带来长时间运转的、干净的、低成本的便携产品电源性能，可以取代传统有线的充电装置，实现真正“无线的” 便携产品，将获得市场的极大需求。根据Frost&Sullivan的数据表明，到 2012年，消费电子产品需要大约800万的甲醇燃料电池单。三星SDI公司日前开发出一款用于笔记本电脑的燃料电池原型，这款燃料电池能量密度为 200 Wh／L，大约由200 cm 的液态甲醇供能，能持续工作约15 h。2009年 10月26日，日本东京公司宣布从10月29日开始销售直接甲醇燃料电池，该款产品将作为充电装置首先应用于手机、数码相机等USB接口便携式设备。在笔记本电脑中插入可以容纳150 mL甲醇的大约5 cm见方的盒式电池，便可使笔记本电脑8—10 h。东芝甲醇燃料电池Dynario在经过严格测试之后，近日将推向市场。甲醇燃料电池Dynario的尺寸为150×21×74．5 mm，重量也达到了280 g，并配备了50 mL的甲醇燃料瓶，让用户轻松携带。该电池本身的容量为14 mL，能快速充满燃料使用，然后就可以通过USB接口向手机、数码相机等数码产品进行供电，并进行电量的简明显示，非常方便。

甲醇燃料电池和甲醇内燃机

甲醇燃料电池（Methanol Fuel Cell）和甲醇内燃机（Methanol Internal Combustion Engine）是两种利用甲醇作为燃料的能源转换技术。它们在能源领域具有重要的应用价值，可以提供清洁高效的能源解决方案。

甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料、氧气或氧化剂为氧化剂的电化学设备。它将甲醇和氧气通过氧化还原反应转化为电能和水。甲醇燃料电池具有高效能、低污染、零排放和静音等优点。它的工作原理是通过将甲醇氧化成二氧化碳和水的过程中释放出电子并与氧气结合产生水，从而产生电能。甲醇燃料电池可以应用于移动电源、汽车、船舶等领域，为电动汽车等新能源交通工具提供动力。

甲醇内燃机是一种利用甲醇作为燃料进行内燃过程的发动机。它是一种热力机械装置，通过甲醇的燃烧释放出的热能驱动活塞运动，从而转化为机械能。甲醇内燃机在燃烧过程中产生的废气中含有一定的有害物质，因此需要进行排放处理。甲醇内燃机在机械效率和燃烧效率方面相对较低，但是由于甲醇具有较高的能量密度和易于储存的特点，所以在一些特定的应用场景中仍然具有一定的优势。

甲醇燃料电池和甲醇内燃机在能源转换效率、环境影响和应用领域等方面存在一些差异。甲醇燃料电池的能量转化效率较高，运行过程中几乎没有污染物的排放，可以实现零排放。而甲醇内燃机的能

量转化效率较低，燃烧过程中会产生一定的有害物质，需要进行排放处理。因此，在对环境要求较高的应用场景中，甲醇燃料电池更具优势。

甲醇燃料电池和甲醇内燃机在应用领域上也有一些差异。甲醇燃料电池主要应用于电动汽车、无人机、通信基站等需要长时间供电的场景，可以提供高效、环保的动力解决方案。而甲醇内燃机则主要应用于发电机组、船舶、移动设备等需要短时间高功率输出的场景，可以提供紧急备用电源或者动力源。

直接醇类燃料电池

过渡金属大环化合物催化剂 Chevrel相催化剂阴极催化剂过渡金属硫化物催化剂
也称为过渡金属原子簇化合物，20世纪80 年代中期发现的，对氧还原具有良好的电催化活性和耐甲醇性
过渡金属羰基化合物催化剂
其他类型催化剂
Pt基复合催化剂
研究过的有MoxRuySz, RhxRuySz,RexRuySz等。其中碳载MRu5S5(M为过渡金属大环化合物催化剂 Rh或Re)对氧还原的电催化活性最好，并且对甲醇 Chevrel相催化剂没有电催化活性
过渡金属大环化合物催化剂 Chevrel相催化剂阴极催化剂过渡金属硫化物催化剂
过渡金属羰基化合物催化剂
其他类型催化剂
MnO230、CrO2、烧绿石、钙钛矿、尖晶石、 Cu1.4Mn1.6O4、 LaMnO3、 La1-xSrxFeO3等。
质子交换膜
作用：既是电解质，又起到分割阳极与阴极的作用。
石墨
碳黑
活性炭
分子筛
载体
Nafion膜
纳米碳管
碳纤维
导电高分子
Pt/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性
和稳定性都比纯Pt黑好。
首先，这是由于活性炭的加入，增加
了Pt的比表面积。
其次，Pt与活性炭之间的相互作用也
影响了Pt的催化活性。
Pt催化剂 Pt极阳极催化剂 Pt基复合催化剂

直接醇类燃料电池

5．1 概述

在20世纪90年代，质子交换膜燃料电池(PEMFC)在关键材料与电池组方面取得了突破性的进展。但在向商业化迈进的过程中，氢源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大，氢的贮存与运输技术以及氢的现场制备技术等还远落后于PEMFC的发展，氢源问题成为阻碍PEM-FC广泛应用与商业化的重要原因之一。因此在20世纪末，以醇类直接为燃料的燃料电池，尤其是直接甲醇燃料电池(direct methanol fuelcell，DMFC)成为研究与开发的热点，并取得了长足的进展。

甲醇可由水煤气或天然气合成，是重要的化工原料和燃料，它的主要物化性质如表5—1所示。

成6个电子转移的过程中，会生成众多稳定的或不稳定的中间物；有的中间物会成为电催化剂的毒物，导致电催化剂中毒，严重降低电催化剂的电催化活性。因此在DMFC开发过程中CH3OH直接氧化电催化剂的研究开发、反应机理等研究至今仍是研究的热点[1]，它的进展直接关系到DMFC的发展。

由CHaOH阳极电化学氧化方程可知，每消耗1mol的甲醇，同时也需1 mol的水参与反应。依据甲醇与水的阳极进料方式不同，DMFC可区分为两类。

(1)以气态CH30H和水蒸气为燃料由于水的气化温度在常压下为100℃，所以这种DMFC工作温度一定要高于100℃。由于至今实用的质子交换膜(如Nafion膜)传导H+均需有液态水存在，所以在电池工作温度超过100℃时反应气工作压力要高于大气压，这样不但导致电池系统的复杂化，而且当以空气为氧化剂时，增加空压机的功耗，降低电池系统的能量转化效率。至今由于可在150～200℃下稳定工作，并且无需液态水即能传导H+的质子交换膜尚在研究、探索中，所以采用这种以气态CH30H和水蒸气进料的DMFC研究工作相对较少。

《燃料电池科学技术》导学案

《燃料电池科学技术》导学案燃料电池科学技术导学案

第1部分引言

燃料电池是一种将化学能转化为电能的设备，它具有高效能、环保、低噪音等优点，被广泛应用于能源领域。本导学案将为您介绍燃料电

池的基本原理、分类和应用，帮助您深入了解燃料电池科学技术。

第2部分燃料电池基本原理

燃料电池的基本原理是指在燃料和氧气的参与下，通过氧化还原反

应来产生电能。这个过程可以简单概括为以下几个步骤：

1. 氢气的产生：通过给予合适的能量，将燃料中的氢离子(H+)从燃

料分子中释放出来，形成氢气(H2)。

2. 氧气还原：在氧化过程中，氧气与电子结合产生氧化离子(O2-)。

3. 电子传导：电子从燃料电池的阳极移动到阴极，通过外部电路产

生电能。

4. 离子传导：离子（H+和O2-）通过电解质中的离子通道移动，完

成电化学反应。

第3部分燃料电池分类

燃料电池根据不同燃料和电解质的组合可以分为多种类型，下面介

绍几种常见的燃料电池：

1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：使用质子交换膜作为电解质，常用燃料为氢气。PEMFC具有动态响应快、体积小、启动时间短等优点，广泛应用于汽车、移动设备等领域。

2. 高温燃料电池（HTPEMFC）：HTPEMFC是一种温度较高的固体氧化物燃料电池，能够在400至1000摄氏度之间工作。它具有更高的电流密度和更好的耐用性，适用于工业和航空领域。

3. 堆燃料电池（SOFC）：SOFC是一种固体氧化物燃料电池，可接受多种燃料，如天然气、生物质和煤炭气化产物。它在高温下工作，具有高效能和低污染的特点，适用于大型发电设备。

燃料电池课件PPT(47页)

PAFC的结构
将原料碳纸多次浸入聚四氟乙烯（PTFE ）乳液中，用称重法记录浸入的聚四氟乙烯乳液的量。
采用空气强制对流冷却系统简单，操作稳定。
固体氧化物燃料电池（ SOFC ）隔开氧化剂（ O 2 或空气）与还原剂（天然气、重整气）；
由多节单电池按压
对反应气体增温可以防止膜失水，以确保电池正常运行。 1/2O2+2H++2e- →H2O
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（阳极）、隔膜( 全氟磺酸型质子交换膜) 和已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组件，
200℃左右，能量 SOFC的电解质是固体氧化物，如 ZrO2 、 Bi2O3 等，其阳极是Ni-YSZ陶瓷，阴极目前主要采用锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
AFC的催ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ剂
常用的催化剂有
贵金属，包括铂、铑、金、银贵金属合金过渡金属，如钴、镍和锰等。
对催化剂的布置形式
直接制成电极如采用高比表面的镍作阳极，银粉作阴极，电极本身具有催化性能
用高比表面的碳材料做电极基体，将贵金属催化剂分散到碳基体上，形成具有催化活性的电极。
AFC的隔膜材料
一般采用石棉膜
黏结型电极是将亲水的导电体（如电催化剂材料铂／碳）与具有粘结能力的防水剂（如聚四氟乙烯乳液）按比例混合制成电极。它在微观尺度上是相互交错的两相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部的扩散通道；由电催化剂构成的亲水网络可以被电解液充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的传导提供通道。

直接甲醇燃料电池

（理学院，材料科学与工程系，材料科学与工程专业余志勇）

（学号：2000143001）

内容提要：制备了一只面积为3×3cm2的直接甲醇燃料电池，优化了有关制备工艺，测定了在不同放电电流、不同甲醇浓度和不同有机物作燃料时的放电性能。结果发现，制备过程中电极干燥处理和MEA热复合时温度对电池的性能有至关重要的影响。同时还发现，低电流放电时，提高甲醇浓度，工作电压下降；在以1mol/L甲醇溶液为燃料时，放电电流为50mA时，电池输出功率达到最大。在室温低电流密度下，不同物质的水溶液作燃料时，工

作电压存在下列次序：异丙醇>甲酸>甲醛>甲醇。

关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜燃料电池；电催化剂

教师点评：论文制备了一只小面积单体直接甲醇燃料电池，在室温下的工作性能很好，

说明作者掌握了直接甲醇燃料电池制备过程中的几个关键点，对制备工艺有较好的理解。对电池电学性能的分析也较深入合理。论文条理清晰，结论可靠。（点评教师：朱光明，副教授）

第一章绪论

1.1 燃料电池概述

1.1.1 燃料电池历史、现状与未来

燃料电池是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。它以电化学反应的方式将燃料不经过燃烧直接由化学能转变为电能。与一般电池不同，燃料电池所用的燃料和氧化剂并不是贮存在电池内，而是贮存在电池外。在这一点上，它又与内燃机相似。因此，燃料电池又被形象的称为“电化学发电机”[1]。燃料电池具有能量转化效率高；环境污染少，无噪声，操作简便，建设周期短等优点。其使用灵活性很大，既可大功率集中供电，也可以小功率分散或移动供电。自本世纪60年代起，燃料电池引起了各国科学家的广泛注意[2]。随着其本身技术的发展，以及近年来世界范围内的能源危机和环境污染等问题日益严重，燃料电池的研究受到普遍的关注。美国、加拿大、德国、日本和俄罗斯等经济或科技大国已将燃料电池的开发列为国家发展的一个重要战略目标。

绿色化学评估之直接甲醇燃料电池

绿色化学评估

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直接甲醇燃料电池

燃料电池是21世纪首选的“绿色”发电方式,直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFC)是目前继质子交换膜燃料电池(PEMFC)之后,商业化最好的燃料电池。它是将甲醇和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。DMFC除了具有一般燃料电池的优点外,同时还具有室温快速启动、可靠性高、燃料补充方便、体积和质量比能量密度高、红外信号弱、装置轻便机动性强等特点,是一种极有发展前途的清洁能源用功率源,在手机电源等微型移动电源和千瓦级的工业用可移动电源及电动车方面有广泛的应用前景,是燃料电池未来发展的重要方向。

从技术层面上讲, DMFC的研究开发目前依然面临着以下挑战:即①常温下燃料甲醇的电催化氧化速率较慢;②贵金属电催化剂易被CO类中间产物毒化;③在长期使用过程中,甲醇易渗透过质子交换膜到达阴极,使得阴极电催化剂对氧还原性降低、电池性能下降。目前,解决上述问题的方法一是需要开发高活性抗CO 中毒的阳极电催化剂;二是需要开发新的质子交换膜,有效地减少甲醇的渗透。随着将直接甲醇燃料电池组应用到便携式产品进程的加快,这就要求DMFC在室温和常压下使用,对电催化剂的性能提出更高的要求。

目前,DMFC所用的电催化剂均以铂为主催化剂成分,因为只有铂才具有足够的电催化活性(对于两个电极反应均具有电催化活性)以及在强酸性化学环境中

良好的耐腐蚀性能使得它可长期工作。但是铂的价格较为昂贵,且资源溃乏,使得DMFC的成本居高不下,限制了其大规模的应用。当前在DMFC催化剂方面研究的重点主要集中于:(1)提高铂的有效利用率,降低其用量;(2)改善其性能衰退问题；