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《直接甲醇燃料电池的原理_进展和主要技术问题_刘建国.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、电源技术ChineseJournalofPowerSources综述直接甲醇燃料电池的原理、进展和主要技术问题刘建国,衣宝廉,魏昭彬(中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023)摘要:采用固体电解质膜的直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell,简写DMFC)由于结构简单、无液体电解质、比能量高等优点,近年来成为国际上的研究热点。论述了DMFC的原理和各研究机构目前取得的最新进展。目前存在的两个主要的问题是:甲醇从阳极向阴极的渗透和阳极催化剂活性较低。使用新型的非氟质子交换膜及复合膜有望最终解决甲醇渗透的问题。阳极催化剂的研究已经向铂基多组
2、元件系扩展。直接甲醇燃料电池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一定的应用前景。关键词:直接甲醇燃料电池;质子交换膜;电催化剂中图分类号:TM911.4文献标识码:B文章编号:1002-087X(2001)05-0363-04Principles,progress,andtechnicalproblemsofdirectmethanolfuelcellsLIUJian-guo,YIBao-lian,WEIZhao-bin(DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Da
3、lianLiaoning116023,China)Abstract:Thedirectmethanolfuelcell(DMFC)withsolidelectrolytemembranebecometheinternationalre-searchfocusinrecentyearsduetoitsadvantages,suchassimplestructure,anhydrouselectrolyteandhighener-gydensity.TheprincipleofDMFCandthestate-of-artsofitsdevelopmentareintrod
4、uced.Thepercolationofmethanolfromanodetocathodeandthelowactivityofanodecatalystisthetwomainproblemstobesolved.Theutilizationofnovelnon-fluorinatedproton-exchangemembraneandcompositemembraneareexpectedtobethesolutionsforsolvingthemethanol-percolationproblem,whiletheresearchonanodecatalys
5、tisextendedtoplatinum-basedmulti-componentsystemforimprovement.DMFCarepromisingintheapplicationsrangefromportablepowersources,suchasmobile-phonepowerandkilo-wattlevelindustrialpowersource,toelectricvehi-cles.Keywords:directmethanolfuelcell;protonexchangemembrane;electrocaltalyst+-1基本原理3
6、/2O2+6H+6e3H2O如图1所示,直接甲醇燃料电池(DMFC)单元是由甲醇阳电池总反应如下:极、氧阴极和质子交换膜构成。CH3OH+3/2O2CO2+2H2O电极本身由扩散层和催化层组成。其中催化层是电化学一个甲醇分子完全氧化成CO2是一个6电子转化过程。反应发生的场所。常用的阳极和阴极电极催化剂分别为实际上由于甲醇的氧化过程可能不完全,往往有中间产物如PtRu/C和Pt/C贵金属催化剂。扩散层在其中起到支撑催化HCHO、CHOOH以及类CO化合物生成。所以电极表面常常会层、收集电流及传导反应物作用。它一般是由导电的多孔材料吸附有反应的中间产物。电极上存在的活化
7、过电位、欧姆过电制成,现在使用的多为表面涂有碳粉的碳纸或碳布。目前质子位和传质过电位也会使电极电位大大降低。交换膜多采用全氟磺酸高分子膜,如Nafion膜。20世纪80年代初,全氟磺酸膜(如Nafion)在氢氧燃料电阳极甲醇氧化的半反应是:池中的应用,使得PEMFC(ProtonExchangeMembraneFuelCH3OH+H2OCO2+6H++6e-[1]Cell)在性能上获得很大的突破。但如何解决氢源问题就一阴极氧还原的半反应是:直困扰PEMFC的进一步发展。甲醇重整制氢是近年来人们找到的一种有效方法:甲醇作为一种化工原料,具有含氢量高,收
