直接二甲醚燃料电池directdimethyl-etherfuelcell

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1、http://www.hxtb.org化学通报2004年第67卷w78直接二甲醚燃料电池*邵玉艳尹鸽平高云智史鹏飞(哈尔滨工业大学应用化学系哈尔滨150001)摘要在分析现有氢氧燃料电池和直接甲醇燃料电池存在的问题的基础上，介绍了一种新型燃料电池——直接二甲醚燃料电池的特点及其研究现状，还分析了直接二甲醚燃料电池的发展前景以及对于中国能源安全和可持续发展的意义。关键词直接二甲醚燃料电池二甲醚渗透性可持续发展DirectDimethyl-etherFuelCell*ShaoYuyan,YinGeping,GaoYunzhi,ShiPengf

2、ei(DepartmentofAppliedChemistry,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)AbstractOnthebasisanalyzingtheexistingproblemsofprotonexchangemembranefuelcell(PEMFC)anddirectmethanolfuelcell(DMFC),anewfuelcell,Directdimethyl-etherfuelcell(DDFC),wasintroduced.Theprospectofthedeve

3、lopmentofDDFCanditssignificancetoenergysecurityinChinaandsustainabledevelopmentwerealsoanalyzed.KeywordsDDFC,DME,Crossover,Sustainabledevelopment能源是国民经济的重要领域，是支撑现代经济的重要基础之一。传统的能源生产方式已经带来并将继续带来一系列的问题，如资源短缺、资源分布不平衡以及由此导致的国际冲突、环境污染、国际能源市场动荡对世界经济造成冲击等。因此人们致力于寻找新的能源和能源产生方式。排污少

4、、效率高的燃料电池作为21世纪的新能源技术而备受瞩目，直接型导电聚合物燃料电池是这个领域的前沿，这一技术起于1960年，美国通用电气公司为美国宇航局开展研究并[1]用于航天领域。从电池的燃料来看，这种燃料电池又可以分为以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)、以甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)和其它一些有机小分子燃料电池。[2~8]其中以前两者的研发较多。有关PEMFC的研究主要集中在燃料即氢的生产和储运、燃料电[9~14][15,16][17]池催化剂、聚合物电解质膜以及电池的综合性能上。PEMFC商品化面临的最大问题就是

5、燃料即氢的生产和储运，在该方面目前采用的方式主要有两种：(1)高压气瓶储氢，这种方法的缺点在于体积比能量低。要想提高体积比能量，就必须增大气体压力，这就给气瓶和气阀的制备带来困难，并存在一定的安全隐患；(2)利用重整气给燃料电池进料，目前采用的主要方式可以分为甲醇重整和汽油重整，这必然带来燃料电池系统的复杂性，增加成本。对于直接甲醇燃料电池来说，燃料的储运很容易，但存在催化剂活性低且极易中毒的问题，尤其是甲醇在邵玉艳男，25岁，博士生，现从事燃料电池研究。*联系人,E-mail:yingphit@hit.edu.cn2003-09-14收

6、稿，2004-02-20接受http://www.hxtb.org化学通报2004年第67卷w78阴阳极间渗透造成电池性能损失严重。于是人们尝试寻找其它的替代燃料以克服燃料电池的技术障碍，以早日实现燃料电池的商业化，其中以有机小分子居多。有人研究了直接乙醇燃料电[18,19]池，由于乙醇结构中存在C－C键，将其彻底电氧化生成CO2是相当困难的，该过程通常有各种副产物生成，比如醛和酯；也有人研究过二甲氧基甲烷(DMM)和三甲氧基甲烷[20~22](TMM)，虽然两者分子中不存在C－C键，但氧化后有甲醇生成，燃料渗透造成电池性能[23-27]

7、降低的问题依然没有解决，并且两种有机物的来源不丰富，经济上不合算；甲酸和甲醛作电池燃料的能量密度低，并且甲酸有腐蚀性，甲醛化学性质不稳定，此外两者都有毒性。所以这些有机小分子都不太适宜作电池燃料。最近，国外开始探索直接二甲醚燃料电池(DirectDimethyl-etherFuelCell,DDFC)，并取得了一定成果。1直接二甲醚燃料电池(DDFC)二甲醚在常温常压下为气体，大约5atm就可以压缩成液体，有乙醚气味，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，气体相对密度1.617(空气为1)，液体相对密度0.661(20℃)，溶于水、醇和醚

8、，无毒。二甲醚可从石油、天然气、煤、生物质(biomass)等多种原料制得，被称为多来源、多用途能源。二甲醚中没有C－C键，燃烧过程中不会有黑烟产生，因此二甲醚是一种洁净能源。从一定意义上说，