甲醇燃料电池
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采取得主要途径有：（1）通过 Pt与其它贵金属形成合金降低 Pt用量；（2）制备不同形貌的低铂催化剂， 提高催化剂活性；（3）寻找非贵金属或非金属催化剂。
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DMFC的基本原理如图1所示：从阳极通入的甲醇在催化剂的作用下解离为质子，并释放出电子，质子通过质 子交换膜传输至阴极，与阴极的氧气结合生成水。在此过程中产生的电子通过外电路到达阴极，形成传输电流并 带动负载。
甲醇氧化涉及6电子转移，过程复杂缓慢。现场红外光谱检测发现甲醇在Pt电极上氧化的主要产物有CO、COH、 HCOH及H2COH8。为了提高阳极反应的速率，必须深入研究甲醇氧化机理，尤其是甲醇氧化过程中的速度控制步骤。 相关的研究较多，一般认为按双途径进行。认为其氧化过程分为两个基本步骤：
特点
阳极催化剂的研究和开发，主要着眼于两个方面，其一为高性能：包括高活性、可靠性和长寿命；其二为低 价格。
为提高阳极催化性能，应开发新的催化剂材料，包括贵金属和非贵金属催化剂。贵金属催化剂的开发，合金 化是主要的研究方向，通过快速的活性筛选，可以在商业化上得到突破。
另一个是载体的策略。快速发展的纳米技术，尤其是在碳纳米材料的开发上，可以开发出更多更稳定的、高 活性的催化剂载体，纳米颗粒作为载体的催化剂，是PEMFC和DMFC最有应用前景的催化剂材料。
DMFC阴极发生氧还原反应（ Oxygen Reduction Reaction，ORR），由于Pt及其合金催化剂对氧还原的催 化活性较高，因此是应用最普遍的阴极催化剂。氧气在Pt电极上的还原反应涉及多个电子的转移，可能包括多个 基元反应。 Worblowa等提出可能的氧还原过程为：
Pt+O2→Pt-O2 Pt-O2+H++e-→Pt-HO2 Pt-HO2+Pt→Pt-OH+Pt-O Pt-OH+Pt-O+3H++3e-→2Pt+2H2O
DMFC单电池主要由膜电极、双极板、集流板和密封垫片组成。由催化剂层和质子交换膜构成的膜电极是燃料 电池的核心部件，燃料电池的所有电化学反应均通过膜电极来完成。质子交换膜的主要功能是传导质子阻隔电子， 同时作为隔膜防止两极燃料的互串。催化剂的主要功能是降低反应的活化过电位，促进电极反应迅速进行。使用 较多的是Pt基负载型催化剂，如Pt/C催化剂或PtM/C合金催化剂等。
电池结构及原理
甲醇氧化
结构
氧还原
燃料电池的核心组件主要是由阳极、阴极和电解质膜组成，而电极又由扩散层和催化层组成，每部分作用如 下：
（1）催化层催化层是发生电化学反应的场所，约占膜电极成本的 54%，而膜电极约占整个燃料电池成本的 84%。因此，如何降低催化剂的载量，制备低成本高性能高活性的燃料电池催化剂是至关重要的。同时，发明的 喷涂方法，使催化层的催化剂载量由4mg/cm2降到约 0.014mg/cm2，更好的缓解因为催化剂的价格制约质子交换 膜燃料电池的发展。
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。
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-
主要问题
影响 DMFCs的性能的主要因素有；（a）膜厚度，（b）电池温度，（c）甲醇浓度，（d）燃料的 pH值，（e） 催化剂活性，（f）电极结构，（g）甲醇渗透燃料的利用率低，在阴极形成混合电位和（h）阴极扩散层的聚偏 氟乙烯（PTFE）的含量。其中，催化剂活性低是影响 DMFC性能最为关键的因素。
（2）扩散层扩散层作为电子导电的良导体，其主要作用是保证反应物能均匀到达催化层参加电化学反应。质 子交换膜燃料电池的扩散层主要是碳纸或碳布。碳纸使用前要进行憎水化处理并且使用碳粉对其进行整平。
图1 （3）电解质膜电解质膜的性能将直接影响到电池的内阻以及电池的开路电压，在选用电解质膜时，一 般要求电解质膜具有比较好的机械强度和耐温性能、高的化学稳定性、高的离子电导率。
要实现商业化，催化剂载量必须从的2.0～8.0 mg/cm2降低到1.0 mg/cm2以下，降低催化剂载量的途径包括： 增加Pt的利用率；合金化以及负载在纳米颗粒上，可以大幅度降低Pt的使用量；开发非贵金属催化剂，尽管现阶 段实用的可能性不大。
报道：政策力推甲醇汽车“驶入”应用快车道，对下一阶段甲醇汽车产业发展和保障环节重点工作进行了部 署，并提出鼓励和支持企业研发甲醇混合动力汽车、甲醇增程式电动汽车、甲醇燃料电池汽车产品，加快甲醇汽 车科研成果转化及产业化应用。
甲醇燃料电池
质子交换膜燃料电池中的一类
目录
01 电池特点
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。
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DMFC的基本原理如图1所示：从阳极通入的甲醇在催化剂的作用下解离为质子，并释放出电子，质子通过质 子交换膜传输至阴极，与阴极的氧气结合生成水。在此过程中产生的电子通过外电路到达阴极，形成传输电流并 带动负载。
甲醇氧化涉及6电子转移，过程复杂缓慢。现场红外光谱检测发现甲醇在Pt电极上氧化的主要产物有CO、COH、 HCOH及H2COH8。为了提高阳极反应的速率，必须深入研究甲醇氧化机理，尤其是甲醇氧化过程中的速度控制步骤。 相关的研究较多，一般认为按双途径进行。认为其氧化过程分为两个基本步骤：
特点
阳极催化剂的研究和开发，主要着眼于两个方面，其一为高性能：包括高活性、可靠性和长寿命；其二为低 价格。
为提高阳极催化性能，应开发新的催化剂材料，包括贵金属和非贵金属催化剂。贵金属催化剂的开发，合金 化是主要的研究方向，通过快速的活性筛选，可以在商业化上得到突破。
另一个是载体的策略。快速发展的纳米技术，尤其是在碳纳米材料的开发上，可以开发出更多更稳定的、高 活性的催化剂载体，纳米颗粒作为载体的催化剂，是PEMFC和DMFC最有应用前景的催化剂材料。
DMFC阴极发生氧还原反应（ Oxygen Reduction Reaction，ORR），由于Pt及其合金催化剂对氧还原的催 化活性较高，因此是应用最普遍的阴极催化剂。氧气在Pt电极上的还原反应涉及多个电子的转移，可能包括多个 基元反应。 Worblowa等提出可能的氧还原过程为：
Pt+O2→Pt-O2 Pt-O2+H++e-→Pt-HO2 Pt-HO2+Pt→Pt-OH+Pt-O Pt-OH+Pt-O+3H++3e-→2Pt+2H2O
DMFC单电池主要由膜电极、双极板、集流板和密封垫片组成。由催化剂层和质子交换膜构成的膜电极是燃料 电池的核心部件，燃料电池的所有电化学反应均通过膜电极来完成。质子交换膜的主要功能是传导质子阻隔电子， 同时作为隔膜防止两极燃料的互串。催化剂的主要功能是降低反应的活化过电位，促进电极反应迅速进行。使用 较多的是Pt基负载型催化剂，如Pt/C催化剂或PtM/C合金催化剂等。
电池结构及原理
甲醇氧化
结构
氧还原
燃料电池的核心组件主要是由阳极、阴极和电解质膜组成，而电极又由扩散层和催化层组成，每部分作用如 下：
（1）催化层催化层是发生电化学反应的场所，约占膜电极成本的 54%，而膜电极约占整个燃料电池成本的 84%。因此，如何降低催化剂的载量，制备低成本高性能高活性的燃料电池催化剂是至关重要的。同时，发明的 喷涂方法，使催化层的催化剂载量由4mg/cm2降到约 0.014mg/cm2，更好的缓解因为催化剂的价格制约质子交换 膜燃料电池的发展。
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。
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-
主要问题
影响 DMFCs的性能的主要因素有；（a）膜厚度，（b）电池温度，（c）甲醇浓度，（d）燃料的 pH值，（e） 催化剂活性，（f）电极结构，（g）甲醇渗透燃料的利用率低，在阴极形成混合电位和（h）阴极扩散层的聚偏 氟乙烯（PTFE）的含量。其中，催化剂活性低是影响 DMFC性能最为关键的因素。
（2）扩散层扩散层作为电子导电的良导体，其主要作用是保证反应物能均匀到达催化层参加电化学反应。质 子交换膜燃料电池的扩散层主要是碳纸或碳布。碳纸使用前要进行憎水化处理并且使用碳粉对其进行整平。
图1 （3）电解质膜电解质膜的性能将直接影响到电池的内阻以及电池的开路电压，在选用电解质膜时，一 般要求电解质膜具有比较好的机械强度和耐温性能、高的化学稳定性、高的离子电导率。
要实现商业化，催化剂载量必须从的2.0～8.0 mg/cm2降低到1.0 mg/cm2以下，降低催化剂载量的途径包括： 增加Pt的利用率；合金化以及负载在纳米颗粒上，可以大幅度降低Pt的使用量；开发非贵金属催化剂，尽管现阶 段实用的可能性不大。
报道：政策力推甲醇汽车“驶入”应用快车道，对下一阶段甲醇汽车产业发展和保障环节重点工作进行了部 署，并提出鼓励和支持企业研发甲醇混合动力汽车、甲醇增程式电动汽车、甲醇燃料电池汽车产品，加快甲醇汽 车科研成果转化及产业化应用。
甲醇燃料电池
质子交换膜燃料电池中的一类
目录
01 电池特点
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。