含杂萘联苯结构聚合物膜的直接甲醇燃料电池性能

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直接甲醇燃料电池工作原理

直接甲醇燃料电池工作原理直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种新型的燃料电池，又称为液态燃料电池。

直接甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料，空气氧气为氧化剂，减少CO和NOx等废气的新型、高效、清洁的能源装置，具有绿色环保、高效利用、易储存、方便携带、快速响应、低噪音、简单制造等优点。

本文将详细介绍直接甲醇燃料电池的工作原理。

一、基本组成直接甲醇燃料电池（DMFC）是由质子交换膜（PEM）、阳极、阴极和电子导体等基本组成部分组成。

质子交换膜材料通常是聚合物质子交换膜（PEM），阳极和阴极通常采用的是催化剂，电子导体一般采用碳材料。

质子交换膜和催化剂是直接甲醇燃料电池的核心。

二、工作原理1、阳极反应（氧化反应）直接甲醇燃料电池的阳极为负极，是由催化剂铂（Pt）制成。

阳极反应的化学式为：CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-在阳极处，甲醇和水分子在催化剂Pt的作用下，分解成质子（H+）和电子（e-）以及CO2的发生氧化反应，同时产生电子流和离子流。

2、阴极反应（还原反应）直接甲醇燃料电池的阴极为正极，也由催化铂制成。

阴极反应的化学式为：3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O在阴极处，氧气和质子与电子的结合发生还原反应，并生成水，释放出能量。

3、电子导体直接甲醇燃料电池的阳极和阴极之间，通过电子导体（如碳纤维织物）、质子交换膜（PEM）和电解质（如甲醇）实现电子的传递和离子的传递。

由于阳极和阴极之间没有电子流，故需要引入外部电路来完成电子的流动，这样就可以产生用电能。

4、电化学反应在直接甲醇燃料电池中实际上是一种电化学反应，就是将化学能转化为电能和热能的过程。

化学能转化成电能的具体过程为：在阳极上甲醇分子分解出H+和e-，e-通过电子导体外路，到达阴极上发生与氧气还原的反应，质子通过质子交换膜传递到阴极的反应区域与电子结合形成水。

直接甲醇燃料电池实验报告

研究生专业实验报告实验项目名称：被动式直接甲醇燃料电池学号：姓名：张薇指导教师：陈蓉动力工程学院被动式直接甲醇燃料电池一、实验目的1、了解和掌握被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池（DMFC）的基本工作原理；2、了解和掌握对燃料电池进行性能测试的基本方法；3、了解和掌握燃料电池性能评价方法；4、观察和认识影响燃料电池性能的主要因素。

二、实验意义燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置，具有环境友好、效率高、工作安静可靠等显着优点，被誉为继核能之后新一代的能源装置。

在众多燃料电池种类中，空气自呼吸式直接甲醇燃料电池（DMFC）因具有系统结构简单、能量密度高、环境友好、更换燃料方便、可在常温下工作等优点，成为便携式设备最有前景的可替代电源，是电化学和能源科学领域的研究热点。

本实验旨在对被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池进行实验研究，使同学们了解和掌握燃料电池测试的基本方法，加深对燃料电池基本工作原理的认识和理解。

三、实验原理燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置。

一个典型的直接甲醇燃料电池的示意图如图1所示。

图1: 直接甲醇燃料电池的典型结构从图1中可以看出，典型的直接甲醇燃料电池包括阳极扩散层、阴极扩散层、阳极催化剂层、阴极催化剂层、质子交换膜、集流体等部件。

在被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池中，电池阳极发生的是甲醇的氧化反应：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-，E0=0.046 V （1）电池阴极发生的是氧气的还原反应：3/2O2+6H++6e-→3H2O，E0=1.229 V （2）总反应式为：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O，△ E=1.183 V （3）在被动式直接甲醇燃料电池阳极，甲醇水溶液扩散通过阳极扩散层到达阳极催化层，甲醇在阳极催化层被氧化，生成二氧化碳、氢离子和电子，如式（1）所示。

氢离子通过质子交换膜迁移到阴极，电子通过外电路传递到阴极；在阴极侧，氧气通过暴露在空气中的阴极扩散层传输至阴极催化层，在电催化剂的作用下，氧气与从阳极迁移过来的质子以及从外电路到达的电子发生还原反应生成水，如式（2）所示。

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 forvehicles with bright prospects to be expected..Key words: DMFC; methanol; crossover; membrane; electrocatalyst0引言由于汽车尾气污染越来越严重, 从而引起世界各国的关注。

直接甲醇燃料电池催化剂性能测试

直接甲醇燃料电池催化剂性能测试直接甲醇燃料电池催化剂主要以Pt 系催化剂为主，再加以单壁碳纳米管为催化剂载体，催化剂有效分散，催化性能提高。

循环伏安法曲线正向扫描的峰电流密度可直接反映甲醇的氧化量及催化剂的电催化活性。

本实验主要针对直接甲醇燃料电池催化剂材料对甲醇氧化的的循环伏安曲线进行测试，了解直接甲醇燃料电池的工作原理及工作特性。

一、实验目的和要求：1.掌握用循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。

2.了解直接甲醇燃料电池的工作原理。

3.了解CHI 电化学工作站的设定方法。

二、测定原理：在电极上施加一个线性扫描电压，以恒定的变化速度扫描，当达到某设定的终止电位时，再反向回归至某一设定的起始电位，循环伏安法电位与时间的关系（见图a ）。

若电极反应为O ＋e ⇔R ，反应前溶液中只含有反应粒子O ，且O 、R 在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势正得多的起始电势ϕi 处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图b 所示。

当电极电势逐渐负移到ϕ平0附近时，O 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。

由于电势越来越负，电极表面反应物O 的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。

当O 的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc ，然后电流逐渐下降。

当电势达到ϕr 后，又改为反向扫描。

随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R 粒子的浓度较大，在电势接近并通过ϕ平0时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。

于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。

整个曲线称为“循环伏安曲线”。

三、仪器药品：电化学工作站一台玻碳工作电极一根Ag/AgCl参比电极一根铂丝电极一根高纯氮气Nafion 117溶液浓硫酸甲醇乙醇四、实验步骤：1. 取制备好的催化剂材料3.8mg分散到1mL乙醇中超声30min。

2. 取催化剂材料的乙醇分散液30μL滴涂到玻碳工作电极表面，静置15min干燥后，再其表面滴涂Nafion117溶液10μL，静置15min干燥，待用。

直接甲醇燃料电池技术分析与展望

直接甲醇燃料电池技术分析与展望作者：穆昕来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第06期摘要：直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell ，DMFC）是直接以甲醇作为阳极燃料的质子交换膜燃料电池。

本文介绍了直接甲醇燃料电池的工作原理，重点分析了目前DMFC 技术的核心问题，并指出了相应的解决方案，展望了发展前景。

关键词：甲醇；燃料；电池技术直接甲醇燃料电池（DMFC）由于使用液体甲醇作燃料，电池安全，系统简单，运行方便，具有很广阔的商业化前景。

1 工作原理甲醇水溶液被输送到阳极，发生电催化氧化反应，生成CO2，同时释放出电子和质子，电子经过外电路到达阴极，而质子则通过电解质传导至阴极，和电子及氧气发生反应，生成水。

2 DMFC技术分析目前，在DMFC技术中，甲醇氧化动力学慢过程和甲醇渗透是制约其发展的主要问题，很多研究围绕着如何解决着两个问题展开。

2.1 甲醇氧化动力学慢过程在DMFC 中，甲醇的阳极氧化涉及六个电子的传递过程，比氢气的氧化更为困难。

很多学者就其氧化机理做了研究，并且致力于开发高效的阳极电催化剂。

2.1.1 阳极电催化剂最常用的是Pt或Pt合金催化剂。

在基础研究方面，Wieckowski等研究发现，Pt （1 1 1）晶面抗中毒能力最强；通常添加Ru做为助剂，Dinh等提出，低电位下Ru+H2O→RuOH，RuOH的存在有助于CO的脱除；Ru含量在50%时，活性最好；J.W.Long等认为，Ru以RuOxHy形式存在时，催化活性高，因此制备时应尽量扩大纳米级Pt与RuOxHy的接触界面。

另外，活性与分散度有关，Watanabe等发现，当催化剂的粒径大于20Å时，活性不再提高；Kaurenan等发现，金属相在炭黑（acetylene black）分散度低，在炭黑（Vulcan XC-72）分散度高，因为上面有大量微孔结构。

因此在制备过程中，都要尽量提高活性组分的分散度，分散度越高，活性越好。

直接甲醇燃料电池质子膜研究进展

收稿:2002年9月,收修改稿:2003年8月　3国家自然科学基金资助项目33通讯联系人e 2mail :dwliao @直接甲醇燃料电池质子膜研究进展3符显珠　李　俊　卢成慧　廖代伟33(厦门大学物理化学研究所化学系和固体表面物理化学国家重点实验室,厦门361005)摘　要　本文对直接甲醇燃料电池(DMFC )质子交换膜的要求及目前的研究状况作了简要的概述,特别是从基膜材料结构角度进行分类,较详细地介绍分析以Nafion 膜为代表的全氟磺酸膜的各种改性研究及以P BI 、PEEK 、PS U 等基膜材料为代表的聚芳环系列的DMFC 质子交换膜的研究情况。

总结了质子交换膜的一些研究方法,对直接甲醇燃料电池质子交换膜的发展前景进行了探讨。

关键词　直接甲醇燃料电池(DMFC )　质子交换膜　聚合物中图分类号:O631;T M911　文献标识码:A 文章编号:10052281X (2004)0120077206Progress in Proton 2Exchange Membranes for Direct Methanol Fuel Cells3Fu Xianzhu Li Jun Lu Chenghui Liao Daiwei33(State K ey Lab for Physical Chemistry of the S olid Surface ,Department of Chemistry ,Instituteof Physical Chemistry ,X iamen University ,X iamen 361005,China )Abstract The recent research progress of the proton 2exchange membranes for direct methanol fuel cells (DMFC )including the requests and the methods were briefly reviewed in this paper.The details of the Nafion membrane and its m odifications ,the arylene main chain polymers such as polybenzimidazole (P BI ),polyetherketone (PEEK )and poly 2ethersulfone (PS U )membranes and their m odifications ,based on the structures of the membrane materials ,were especial 2ly described.The research methods and their development foreground of the proton 2exchange membranes were als o dis 2cussed.K ey w ords DMFC ;proton 2exchange membranes ;polymers一、引　言直接甲醇燃料电池(DMFC )是直接以甲醇为燃料的化学电源,具有燃料利用充分、比能高、环境污染小以及甲醇价格便宜和可以使用现有的加油站系统等优点,因而较汽车内燃机和氢燃料电池具有更吸引力的应用前景。

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种利用甲醇直接进行电化学反应产生电能的装置。

它具有高能量密度、低温操作和零排放的优势，被广泛应用于移动电源和便携式设备。

本文将详细介绍直接甲醇燃料电池的制备方法以及对其性能的研究。

一、DMFC的制备方法1. 膜电极组装直接甲醇燃料电池的关键组成部分是膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA），它由阳极、阴极和质子交换膜组成。

首先，通过喷涂法或浸渍法在阴极和阳极上分别涂覆铂催化剂，然后将质子交换膜放置在两个电极之间，形成MEA。

2. 电池板组装电池板由多个MEA叠加而成，每个MEA之间夹有集流板，并通过导电材料连接起来。

电池板的制备过程需要考虑MEA的紧密贴合以及电池板的导电性，常用的组装方法包括热压法和喷墨印刷法。

3. 氧化剂供应系统直接甲醇燃料电池需要供应氧化剂作为电极的还原剂。

传统的方法是通过外部供氧，但这种方式会限制DMFC的便携性。

因此，研究人员提出了自供氧系统，如氧气还原剂的制备和固态氧化剂的使用。

二、DMFC的性能研究1. 催化剂的选择和改性催化剂对DMFC的性能至关重要。

铂是常用的催化剂，但其昂贵和稳定性不足成为了限制因素。

因此，研究人员致力于寻找替代催化剂或改性铂催化剂，如镍、钼等过渡金属，以提高催化效率和降低成本。

2. 质子交换膜的改性质子交换膜对DMFC的质子传输和物质穿透起着重要作用。

传统的质子交换膜如聚氟乙烯（PEM）存在着溶剂渗透和耐久性不足的问题。

因此，改性质子交换膜的研究成为了重要的方向，如聚苯醚、聚苯硫醚等材料的引入。

3. 浓度极化与动力学特性DMFC中的某些因素，如甲醇浓度、温度、电流密度等，都会对电池的性能产生影响。

浓度极化是DMFC中的主要性能损失机制之一，其产生原因包括甲醇溶液的扩散限制和甲醇的氧化反应动力学等。

直接甲醇燃料电池实验报告

三、实验原理燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置。

一个典型的直接甲醇燃料电池的示意图如图1所示。

直接甲醇燃料电池的研究进展及其性能研究

直接甲醇燃料电池的研究进展及其性能研究随着新能源技术的不断进步，直接甲醇燃料电池作为一种高效环保的新型电池技术，正逐渐成为新能源领域的研究热点。

本文主要介绍直接甲醇燃料电池研究的历史背景、发展现状和性能研究，以及未来展望。

一、直接甲醇燃料电池的历史背景直接甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料、将化学能直接转化为电能的装置。

早在19世纪末，科学家们就开始研究通过化学反应产生电能的方法，但直到20世纪后期，人们才开始尝试将甲醇作为燃料应用于燃料电池中。

1990年代，直接甲醇燃料电池得到了快速发展，燃料电池的关键零部件-质子交换膜(PEM)以及甲醇氧化催化剂的研究都有了很大的突破。

目前，直接甲醇燃料电池已经进入了实际应用阶段。

二、直接甲醇燃料电池的发展现状目前，直接甲醇燃料电池已经成为新能源领域的研究热点之一。

与传统汽车相比，直接甲醇燃料电池车具有很多优势，如节能环保、零排放、静音、高效率等，被誉为可以替代传统汽车的最佳候选者。

同时，直接甲醇燃料电池还有广泛应用于无人机、充电宝等领域的前景。

三、直接甲醇燃料电池性能研究直接甲醇燃料电池的性能主要由其电池输出功率密度、热效率和稳定性等因素所决定。

为了提升直接甲醇燃料电池的性能，科学家们经过不懈努力，目前取得了一定的成果。

1.电池输出功率密度电池输出功率密度是直接甲醇燃料电池重要性能指标之一。

目前，科学家们通过改善电解质材料、优化电极催化剂等方法，成功提高了电池输出功率密度。

其中，提高电极催化剂活性是最有效的方法之一。

2.热效率热效率指的是直接甲醇燃料电池在工作过程中燃料的化学能转化为电能的效率。

目前，科学家们提高热效率主要通过改善电池内部流动状态、优化氧化催化剂等方法实现。

其中，改善氧化催化剂的选择和制备方式，可以有效提高热效率。

3.稳定性稳定性是影响直接甲醇燃料电池长期稳定稳定性运行的关键性能指标。

目前，科学家们通过改善质子交换膜材料、优化电极催化剂等方法，提高电池的稳定性。

绿色化学评估之直接甲醇燃料电池

绿色化学评估系所专业指导老师研究姓名学号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；(3)寻找新的价格较低的非贵金属催化剂。

1：燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。

燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。

直接甲醇燃料电池简介

直接甲醇燃料电池（DMFC）研制主要研究内容1、甲醇阳极与氧阴极催化剂研究；2、固体高分子膜防透醇研究；3、三合一膜电极制备技术研究；4、单体电池的设计与性能研究；5、电池组系统结构设计与8W样机研制。

技术指标阳极铂载量≤3mg/cm2，阴极铂载量≤1mg/cm2；80℃，单体电池比功率≥80mW/cm2；30℃，阴极为常压空气，单体电池比功率≥12mW/cm2；8W样机正常运行40h。

产业化前景DMFC属高技术含量、高附加值产品，是下一代高能电源。

可广泛应用手机、笔记本电脑、摄像机等个人电子产品。

据统计，2003年中国大陆笔记本电脑出货量1500万部，占全球40％，国内市场销量150万部；预计到2008年，全球笔记本电脑市场将达到6000万部。

目前笔记本电脑电源多使用锂离子电池，由于其比能量的限制，供电时间短，已远远不能满足用电需要。

笔记本电脑的电源如果转向DMFC，将大大提高供电时间，因此市场前景很好。

经济与社会效益随着我国经济的迅猛发展，国内笔记本电脑市场也成长迅速。

这就为高容量笔记本电脑电源——直接甲醇燃料电池（DMFC）提供了广阔的应用前景。

在小型DMFC技术基础上，进一步开发大功率、组合式DMFC系统，可用于电动车、混合电动车电源，它比氢氧型质子交换膜燃料电池携带和供应燃料简便、安全，将成为很有前途的动力电源。

甲醇燃料属于洁净能源，在DMFC生产及使用中均对环境无害，同时来源广泛，是很好的石油、煤炭类石化能源的替代品之一。

又因其热效率高，可以实现有限资源的高效利用。

关于甲醇的制备和来源，可采用洁净煤气化技术，进而大规模合成甲醇。

甲醇还可通过农作物的酿造加工而成。

世界各国均在大力发展燃料电池产业，DMFC是各国竞相开发的重点，发展DMFC有利于提高我国在燃料电池产业的竞争力。

应用领域直接甲醇燃料电池DMFC可以作为便携式电源广泛应用于移动通讯如手机、笔记本电脑、摄像机等；由于其能量密度大、无噪音，还可以广泛应用于军事领域，如单兵作战系统、潜艇等；DMFC还可以作为动力电源或辅助动力电源用于交通工具，如汽车，火车的空调电源等等。

直接甲醇燃料电池

直接甲醇燃料电池研究进展伍静燕 08122547摘要：介绍了直接甲醇燃料电池的原理、结构。

基于目前的不足，总结了直接甲醇燃料电池在催化剂、质子交换膜和膜电极方面的研究策略和相关进展。

略述了DMFC的应用现状，并对其前景作了展望关键词：直接甲醇燃料电池；工作原理；研究进展；应用展望1引言直接甲醇燃料电池(DMFC)作为新型、清洁、可再生能源，由于具有结构简单，运行温度和压力要求低，能量密度高(大约 6 000Wh/kg)，能提供比二次电池高10倍以上的电量以及不需要重整装置等优点，在汽车和便携式电子设备等领域中拥有广阔的应用前景。

目前受到了越来越多的关注，是最有可能实现商业化应用的绿色能源。

燃料电池是一种高效的能源转换装置,其理论效率可达83%,而内燃机的极限效率只有60%左右。

因此,在能源渐趋紧张,环境日益受到各国重视的今天,燃料电池的发展受到了广泛的关注,是中国、美国、加拿大等国家的重点科技项目之一。

2 DMFC的工作原理及其缺点直接甲醇燃料电池从质子交换膜燃料电池(PEMFC)发展而来，是指以甲醇溶液为燃料、以空气或氧气为氧化剂的化学能直接转化为电能的一种发电装置，产物为CO2和水。

反应方程式如下:阳极反应:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e－ (1)阴极反应:3/2O2+6H++6e－→3H2O (2)电池总反应:CH3OH+3/2O2→CO2+3H2O (3)在阳极区,负极活性物质甲醇水溶液经阳极流场板均匀分配后,通过阳极扩散层扩散并进入阳极催化层中,在碳载铂钌电催化剂的作用下发生电化学氧化反应,生成质子、电子和CO2。

产生的质子通过全氟磺酸膜聚合物电解质迁移到阴极,电子通过外电路传递到阴极, CO2在酸性电解质帮助下从阳极出口排出。

在阴极区,正极活性物质氧气或空气经阴极流场板均匀配后,通过阴极扩散层扩散并进入阴极催化层中(即阴电化学活性反应区域),在碳载铂钌电催化剂的作用下与从阳极迁移过来的质子发生电化学还原反应生成水随反应尾气从阴极出口排出。

直接甲醇燃料电池性能研究

直接甲醇燃料电池性能研究甲醇是一种常见的有机物，常被用作溶剂和清洗剂。

除此之外，它还可以作为一种燃料，用于驱动发电机或是燃料电池。

直接甲醇燃料电池是利用甲醇直接反应产生电能的一种特殊燃料电池。

在燃料电池中，甲醇在反应过程中会被氧化成二氧化碳和电子，进而形成电流。

这种燃料电池的优点在于甲醇相对易得，同时也比较容易储存和运输。

燃料电池中的甲醇在反应过程中需要经过电化学反应来产生电流。

这种电化学反应需要掌握一些技能和知识。

首先，燃料电池中的电极必须是优质的。

电极选择不当或质量差劣都会影响燃料电池的发电效率。

其次，反应的速率、产物的选择和功率等指标都需要经过实验探究进行研究。

这些都是燃料电池的核心技术。

在直接甲醇燃料电池中，燃料的性能是非常重要的。

甲醇的物化性质会影响燃料电池的效率和稳定性。

燃料的性能包括甲醇的浓度和纯度，以及甲醇分子中的氢和甲基基团的比例等。

甲醇浓度的变化会引起电流的大小和电池输出电压的波动。

此外，燃料电池研究中还要考虑甲醇的纯度问题，因为杂质会影响燃料电池的质量和性能。

最近，国内外都有很多关于直接甲醇燃料电池性能的研究。

其中最重要的一些工作是研究直接甲醇燃料电池的反应动力学。

利用甲醇燃料电池实验平台，可以分析出甲醇在电极表面上的反应规律。

这些规律能够帮助我们制定新的燃料电池方案，提高其效率和稳定性。

此外，研究人员还探索了不同材料和结构对直接甲醇燃料电池性能的影响。

目前，在直接甲醇燃料电池研究领域已经涌现出许多新的成果。

一些研究表明，改进直接甲醇燃料电池的石墨零件、贵金属电极和电解质可以提高燃料电池的输出功率和效率。

此外，利用新型的容器设计方法以及提高催化剂的催化能力还能提高电池的效率，使其更适用于实际应用。

最近国内的一些研究人员利用新型的协同氧化还原催化剂设计了一种高效的直接甲醇燃料电池，并在实验室中展示了其功能。

该燃料电池利用甲醇改变表面电位，使电化学反应的速率得到提高，进而可以实现更高效的燃烧和电力转换。

直接甲醇燃料电池聚合物电解质的研究

天津大学博士学位论文直接甲醇燃料电池聚合物电解质的研究姓名：李磊申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王宇新20030501摘要直接甲醇燃料电池（简称ＤＭＦＣ）以其高效、高能量密度、低排放和燃料储运及补充方便等特点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。

ＤＭＦＣ被认为最适宜作可移动动力电源和便携式电源，如电动车电源和手机电池。

目｜ｊ｛ｉ，ＤＭＦＣ面临两大主要难题：一是甲醇从阳极向阴极的透过率高，Ｂ口膜的阻醇性能较差；二是阳极催化剂对甲醇氧化反应的活性低。

本论文在新型阻醇导电膜材料方面进行了新的尝试。

杂多酸是已知常温下质子导电率最高的无机酸，被认为可用于燃料电池的新型固体电解质膜中。

但顾虑到杂多酸的可溶性，人们的有关研究只限于针对氢氧型质子交换膜燃料电池，我们则首先考虑了其用于直接液体甲醇燃料电池的可能性。

利用聚合物上官能团与杂多酸的相互作用，成功制备了可在甲醇水溶液中稳定存在的三类新型无机一有机质子导电复合膜：杂多酸掺杂聚乙烯醇复合膜（ＨＰＡｓ／ＰＶＡ）、磷钨酸掺杂磺化聚醚醚酮（ＰＷＡ／ＳＰＥＥＫ）复合膜和磷钨酸掺杂磺化酚酞型聚醚砜（ＰｗＡ／ｓＰＥｓ—Ｃ）复合膜。

研究了杂多酸的种类、杂多酸的掺杂量、工作温度等因素对这些无机一有机复合膜的机械、导电及阻醇性能的影响。

实验结果发现，杂多酸的掺入，可很好改善复合膜的导电性能，使其导电性能在高温下优于Ｎａｔｉｏ一１１５膜；且复合膜的甲醇透过系数均在１０－７ｃｍ２／ｓ，比Ｎａｔｉｏｎ。

１１５膜低一个数量级，具有良好的阻醇性能。

制备了不同磺化度的ＳＰＥＥＫ和ＳＰＥＳ．Ｃ膜，并首次考察了这二类新型膜用于ＤＭＦＣ的可行性。

实验结果发现，磺化度为４６．７１％的ＳＰＥＥＫ膜和磺化度为７０．２１％的ＳＰＥＳ—Ｃ膜在高温下的电导率在１０－２Ｓ／ｃｍ，与Ｎａｔｉｏｎ圆１１５膜电导率相当；且膜的甲醇透过系数（１ｆｆ。

７ｃｍ２／ｓ）比Ｎａｔｉｏｎ固１１５膜低一个数量级，具有良好的阻醇性能。

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1.23 V 低得越多时，电极反应速度就越快，而此偏离热力学电势的极化现象使得 DMFC 的实际工作电压比标准电势 E0低。

(2)、碱性条件下电极反应与电池总反应方程式为：阳极： CH3OH + 6OH-→ CO2+ 5H2O + 6e-阴极： 3/2 O2 + 6H2O + 6e- → 6OH-总反应：CH3OH + 3/2 O2→CO2 + 2H2ODMFC 的期望工作温度为120 ℃以下。

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１７８
【ｔｌ】Ａｒｉｅｃ
ｗｗｗ．苯结构聚合物膜的直接甲醇燃料电池性能
邓会宁王宇新
３０７）００２
（津大学化工学院，天化学工程研究所，天津
摘要：质子交换膜是直接甲醇燃料电池（ＭＦ）ＤＣ的关键组成部分．通过磺化制备了磺化杂萘联苯聚醚酮（ＰＥ、ＳＰＫ）
ｏｅｉｃｉｖｌｇａａｓｇＮａｏｍｂａｅａｌｃｒｌｔ．ｗｅｅ，ｅＤＭＦｐｒｏａｃｆｔｅｅｎｗｐｎｃｒｕｔｏｔｅｔｎｔｔｉｆｎｍｅｒｎｓｅｅｔｏｙｅＨｏｖｒｔａｈｈｕｎｉｈＣｅｒｎｅｏｓｅｆｍｈｍｅｒｅｓｌｗｅａａｆｆｎｍｅｒｅａｉｈｃｒｅｔｅｓｔ．ｍｂａｓｗａｎｏｒｎｔｔｉｍｂａｔｇｕｒｎｎｉｈｔｈｏＮａｏｎｈｄｙ
Ｔｅｔｅｎｌｅｒｄｔｎｔｍｐｒｔｒｆｓｌｎｔｄｐｌ（ｈａａｉｏｅｅｅｕｆｎｅｏ）（ＰＥＳｈｒａｇａａｏｈｄｉｅｅａｕｅｏｆａｅｏｙｐｔｌｚｎｎｔｒｌｏｅｋｔｎＳＰＫ、ｍｅｒｎｓｕｏｈｈｓｍｂａｅｗａ
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物理化学学报（ｌＨｕｘｅｅａ）ＷｕｉａｕｂｏＸｕ
Ｆｅｒａｙｂｕｒ
ＡｃａＰｈｓ一ｈｍ．ｉ．２０，３２：８ — ９ｔｙ．ＣｉＳｎ，０７２（）１７１１
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＰｏｏｘｈｎｅｍｅｒｎｓｏｅｏｅｋｙｐｒｆｄｒｃｔａＯｕｌｅｌ（ｒｔｎｅｃａｇｍｂａｅｉｎｆｔｅａｔｏｉｅｔｍｅｎｌｅｌＤＭＦ．ＳｌｎｔｄｈｓｈｆｃＣ、ｕｆａｅｏ
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ａｏｔ１０℃ ｌｗｅａａｆｕｆｎｔｄｐｌ（ｈａａｉｏｅｅｅｅｏ）ＳＰｂｕ０ｏｒｎｔｔｌａｅｏｙｐｔｌｚｎｎｔｒｔｎ（ＰＥＫ）ａｄｓｌｎｔｄｐｌ（ｈａａｉｏｅｈｔｈｏｓｏｈｈｋｎｕｆａｅｏｙｐｔｌｚｎｎｏｈｅｅｌｎ）ＳＰＳｍｅｒｅｔｍｉｒｏ－ｘｈｇａａｉＥＣ）Ｔｅｅｎｗｍｂａｅｏｄｈｇｒｔｎｈｓｏｔｒｕｆｅ（ＰＥ）ｍｂａｓｈｓｌｎｅｃａｅｐｃｔ０ｎｗｉｉａｉｎｃｙ．ｓｅｍｅｒｓｈｗｅｉｈｐｏｏｈｎｓ
磺化杂萘联苯聚醚砜（ＰＥ）ＳＰＳ和磺化杂萘联苯聚醚砜酮（ＰＥＫ）ＳＰＳＺ种含杂萘联苯结构的新质子交换膜，测试了
其热稳定性、质子导电性和甲醇透过性能．ＰＥＫ的热分解温度比相近离子交换容量０Ｃ的ＳＰＫ和ＳＰＳＳＰＳＥ）ＰＥＰＥ约低１０ｏ，０三种膜均具有良好的导电和阻醇性能；Ｃ分别以三种膜为电解质组装ＤＣ考察了其性能，ＭＦＤＭＦＣ的开路电压随膜的阻醇性的提高而增大，三种膜的开路电压均高于Ｎｆｎｌ，ａｏｌ５膜但在较高电流密度的区域三ｉ
ｃｎｕｔｉｄｔｅｒｍｅａＯｅｍｅｂｌｓｗｅａａｆＮａｏｍｂａｅＤＭＦｐｒｏａｃｆｅｅｏｄｃｖｔａｉｔｎｌｐｒａｉｔＷａｌｉｙｎｈｈｉｙｏｒｔｎｔｔｏｆｎｍｅｒ．ｈｈｉｎＣｅｆｒｎｅｏｔｓｍｈ
ＤｉｅｔＭｅｈｏｅｌｒｃｔａｌｎＦｕｌＣｅｌ
ＤＥＮＧＨｕｉＮｉ — ｎｇＷＡＮＧＹｕ— ｎＸｉ
（ｈｍｉｌｎｉｅｉｇｅｅｒｈＣｎｒＳｈｏｏｈｍｉｌｎｉｅｎｎｅｈｏｇＣｅｃｇｎｒｓａｃｅｔ，ｃｏｌｆｅｃｇｎｒｇｄＴｃｎｌｙａＥｅｎＲｅＣａＥｅｉａｏＴａｆｎｖｒｉ，ｉｎｎ３０７，．ｈｎ、ｉｎｎＵｉｓｙＴａｆ００２ＰＲＣｉｉｅｔｉａ
种新膜的性能均比Ｎａｏｌ５膜差．ｉｆｎｌ
关键词：杂萘联苯聚合物；直接甲醇燃料电池；质子交换膜；质子电导率；透醇性能
中图分类号：０６６Ｔ１．４，Ｍ９１４
Ｓｌｏａｅｏｙｐｔａａｉｏｅ）ｅｒｎｓｆｒｕｆｎｔｄＰｌ（ｈｈｌｚｎｎｓＭｍｂａｅｏ
ｐｌ（ｈａａｉｏｅｍｂａｅｒｒｐｒｄａｄｔｅｆａｉｉｔｆｐｌｉｇｔｅｅｍｅｒｅｏｙｐｔｌｚｎｎｓｍｅｒｓｈｎｗｅｅｐｅａｅｓｂｌｙｏｐｙｎｓｍｂａｓｎＤＭＦｓｓｄｅ．ｎｈｅｉａｈｎｉＣｗａｔｉｄｕ