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1、《汽车新能源技术》课程论文直接甲醇燃料电池技术的研究武汉理工大学汽车工程学院【摘要】：直接甲醇燃料电池以其高效、低温、结构简单、易于微型化等优点成为世界燃料电池研究的一个热点。文章介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的基本原理,评述了DMFC技术的研究开发历史和现状。【关键词】：直接甲醇燃料电池电催化剂甲醇电氧化TheResearchofDirectMethanolFuelCellTechniqueLiufengWuhanuniversityoftechnologyAbstract:Directmethanolfuelcellforitshighefficiency,lo
2、wtemperature,asimplestructure,easyminiaturization,etc.becometheworld'sfuelcellresearchhotspot.Articleintroducedthedirectmethanolfuelcell(DMFC)thebasicprinciplesarereviewedDMFCtechnologyresearchanddevelopmentofhistoryandcurrentsituation.Keywords：directmethanolfuelcell，electrocatalyst，meth
3、anolelectrooxidation前言燃料电池的特点是能量转化率高，运行噪声小，无污染等。由于它不受卡诺循环限制,不排放或极少排放污染物,所以是一种高效、清洁的新型能源。燃料电池按电解质的不同可分为碱性氢氧燃料电池(AFC)、质子交换膜型燃料电池(PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)及高温固体氧化物燃料电池(SOFC)等。这些燃料电池通常需要纯氢、天然气、净化煤气或重整气等气体燃料,因此一般需要复杂的燃料重整或精制等附属设备,而且气体燃料的供应与储存也存在不安全因素。直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCel
4、l,DMFC),顾名思义,可直接用甲醇作原料,无须中间重整或转化装置,因此具有体积小,重量轻,系统结构简单,燃料来源丰富,价格低廉,储存携带方便等优点,是目前各国政府优先发展的高新技术之一。本文通过对DMFC基本原理的介绍和该技术研究现状的综述,提出了要使直接甲醇燃料电池走向实用化,需要解决的两个关键问题。1直接甲醇了电池基本原理直接甲醇燃料电池(DMFC)由两个电极及夹在其中间的质子导电膜构成。电极通常为多孔电极,由背层、扩散层和催化剂层3部分组成,主要材料是碳支撑的贵金属。DMFC中的电解质采用特殊离子交换膜,是一种选择性质子导体,它既能保持离子电荷平衡,又能防止甲
5、醇及其他物质渗漏到另一电极区域。从理论上讲，将甲醇和水混合物送至DMFC阳极，甲醇就将发生电催化氧化反应生成CO2，并释《汽车新能源技术》课程论文放出电子和质子。阳极产生的质子穿过电解质迁移至阴极与氧气反应生成水，电子从阳极经外电路转移至阴极形成直流电。将甲醇和水混合物送至DMFC的多孔阳极区域,甲醇直接电催化氧化生成二氧化碳,并释放出质子和电子:CH3OH+H2O→CO2↑+6H++6e-在阴极上氧气被还原生成水:3/2O2+6e-+6H+→3H2O电池的总反应是:CH3OH+3/2O2→CO2↑+H2O甲醇直接氧化生成二氧化碳是一个6e的转移过程,由于电极过程动力学
6、限制,在多孔电极中实际发生的多电子转移电化学反应要比电化学理论所描述的复杂,甲醇氧化中间过程可能涉及一系列未知化学步骤,如各种中间产物和吸附产物。电极活化引起电极反应偏离理想热力学平衡值，便得电池实际效率大大减少。除了活化过电位损失，燃料电池内阻也将导致欧姆损失。由于电极动力学限制，在电极上实际发生的电化学反应要比电化学理论所描述的复杂。在电极表面将会生成中间物，如过氧化物。甲醇电催化氧化成二氧化碳需要转移出6个电子，要同时转移出这些电子未必可能。而部分电子转移所产生的中间物可能是不稳定的。因此,研制性能优良的甲醇直接氧化电催化剂,是提高DMFC效率和比能量的核心问题。
7、2直接甲醇燃料电池的研究历史和现状早在19世纪末，有人就就指出用非氢类的物质作为燃料电池的燃料的可能性，通常这类嫩料是作为氢源使用的，即它们都需要先转化为氢气和无害的二氧化碳再进人电池进行反应。目前人们己经成功地将一些有机燃料如天然气、甲醇、液化石油气等用于各种类型的燎料电池系统。但由于需要辅助的重整设备及循环控制设备，这就使得电池的结构很复杂，体积也很大，从而限制了它们在便携式小型化方面的应用。随着航天事业的发展、现代城市为减少污染发展电动汽车的推动以及信息时代对体积更小容量更大的电源的要求，开发有机嫉料直接发电的电池系统具有迫切的意义
