直接甲醇燃料电池技术发展近况及应用

直接转 换成 电能 ，具 有 能量转 换 效率 高 （一 般都 在 ４０％ ～５０％ ，而 内燃 机仅 为 １８％ 一２４％ ）、无污染 、 启 动 快 、电池 寿命 长 、比功 率及 比能 量 高 等优 点 ， 成 为应用 最 广 的 一类 燃 料 电 池 ，尤 其 是 在 汽 车用 燃 料 方 面 ，ＰＥＭＦＣ的 应 用 接 近 该 市 场 的 １００％ 。 各种 燃料 电池应 用情 况如 图 １所示 。
１ ＤＭＦＣ 的 工 作 原 理 及 关 键 技 术 发 展 状况
目前 广泛 研 发 的燃 料 电池 有质 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）等 。其 中，ＰＥＭＦＣ因其不 经过燃 烧直 接 以电化学 反应连 续地 把燃 料 和氧 化 剂 中 的化学 能
【主题词】 燃料电池 汽车 发展 甲醇
燃 料 电池是一 种将 化 学 能连续 不 断 地转 化 为 电能 的可再 生清 洁 能源 。 自 ２０世 纪 ６０年 代 初 问 世 以来 ，就迅 速 发 展 成 为 国际 高新 技 术 竞 争 中 的 热点 之 一 。我 国政 府 对 燃 料 电 池 的研 发 高 度 重 视 ，将 其列 为 国家 科技 中长期 发 展规 划 中能 源 、交 通 、电子 等领 域 的重 要 研 究 方 向和 急 需 开 拓 的 尖 端高技 术 。本 文 针 对 直接 甲醇燃 料 电池 （ＤＭＦＣ） 的发展 状态进 行 了调查 和 分析 。分别 从 ＤＭＦＣ的 关 键技 术发展状 态 、主要 生 产商 发展 状 态 、在便 携 式 电源 中的应用 、ＤＭＦＣ在 汽车领域 的应用 等几 个 方 面进行 了分析 。
图 １ 各 种 燃 料 电 池 的 应 用 情 况
１．１ ＤＭ ＦＣ 的 工 作 原 理 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（即阳 极 电化 学 活 性反 应 区域 ），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 ＣＯ 。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
的 开 发 与应 用 研 究 。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ（ＤＭＦＣ）ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，
ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ＤＭＦＣＳ ｗｈａｔ ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｔｏ．
美 国某大 学 教 授 ２００８年 在 《自然 一材 料 学 》 网络 版上 发 表 的 论 文 中 描 述 了一 种 新 型催 化 剂 。 它 由被 一 层 或 两 层 铂 原 子 包 围 的 钌 纳 米 颗 粒 组 成 ，是 一种 高效 的 室温 催 化 剂 ，可 显 著 改 善关 键 的 氢纯 化反 应 ，从 而 获 取 更 多 的氢 用 于燃 料 电池 的 供能 。
阳极反 应 ：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２０一 Ｃ０２＋６Ｈ ＋６ｅ
阴极反应 ：÷０２＋６Ｈ ＋６ｅ一３Ｈ２Ｏ
总反应 ：ｃＨ３ＯＨ＋÷０２－＋ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ
厶
１．２ ＤＭＦＣ在 催化 剂 方面 的研 究进 展 ＤＭＦＣ电极 的电催 化剂 采 用 Ｐｔ／Ｃ、Ｐｔ—Ｒｕ／Ｃ或
Ｐｔ黑 、纯 Ｐｔ—Ｒｕ黑 。 至今 为 止 ，在 ＤＭＦＣ 中广 泛 应用 的 阳极 电催 化 剂是 Ｐｔ—Ｒｕ／Ｃ或 Ｐｔ－Ｒｕ黑 ，Ｐｔ与 Ｒｕ原 子 比一般 为 １：１，阴 极催 化 剂 采 用 纳 米 级 纯 Ｐｔ黑 河 Ｐｔ／Ｃ。
Ａ 版
直 接 甲醇 燃料 电池来自百度文库 术 发 展 近况 及 应 用
王 瑞 敏 （上海 汽车集 团股份有限公司商用 车技术 中心 ，上海 ２００４３８） 张 颖 颖 （山东 省 科 学 院 海 洋 仪 器仪 表 研 究 所 ，青 岛 ２６６００１）
【摘要 】 针对直接甲醇燃料电池（ＤＭＦＣ）的发展状态进行调查。分析了各国政府和企业致力于ＤＭＦＣ
２００７年 中科 院长 春应 化所 与 中科 院大 连化 物 所 、南 京 师范 大 学 和 南 通 海 阳新 材 料 科 技 有 限公 司获 得 国家 “８６３计 划 ”项 目“直 接 甲 醇 燃 料 电池 技术 ”的支持 。经 过 ２年 多 的联 合 攻关 ，突 破 了催 化剂 制 备及性 能 、电极及 膜 电极 集 合 体制 备 工 艺 、 电池 结 构改 进 等 技 术 关 键 ，批 量 制 备 出 性 能 优 良 的多种催 化 剂 ，部 分 催 化剂 性 能 优 于 商 品催 化 剂 ； 批 量制 备 出高 性 能 膜 电 极 集 合 体 ，组 装 出 自呼 吸 电池及 主动 式 电堆 ，实 现 了 自呼 吸 电池 甲醇 燃 料 电池组 与 笔 记 本 电能 连 用 。 目前 ，长 春 应 化 所 等 单 位正 在 为进一 步提 高 电池 性 能 和整 体 水 平 而 组 织联 合 攻关 ，力争 通 过 二 三年 的时 间 ，研 究 并 掌握 批 量合 成 与制 备 甲醇 燃 料 电池 的关 键 材 料 、电 池 堆 制作 和整 体 发 电 系 统 集 成 的核 心 技 术 ，为 甲 醇 燃 料 电池 的产业 化奠 定 重要 的技 术 和材料 基础 。
收 稿 日期 ：２０１０—０７—２７
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上 海 汽 车 ２０１０．１１
路 传递 到 阴 极 ，ＣＯ，在 酸 性 电 解 质 帮 助 下 从 阳 极 出 Ｌ１排 出ｉ１］。
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 。其 电极 反应 如 下 ：