燃料電池dmfc綜述

1、直接甲醇燃料電池直接甲醇燃料電池燃料電池是21世紀(jì)首選的“綠色”發(fā)電方式直接甲醇燃料電池(DirectmethanolfuelcellDMFC)是目前繼質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)之后商業(yè)化最好的燃料電池。它是將甲醇和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。甲醇和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。DMFC除了具有一般燃料電池的優(yōu)點(diǎn)外同時(shí)還具有室溫快速啟動(dòng)、可靠性高、燃料補(bǔ)充方便、體積和質(zhì)量比能量密度高、紅外信號(hào)弱、裝置

2、輕便機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)是一種極有發(fā)展前途的清潔能源用功率源在手機(jī)電源等微型移動(dòng)電源和千瓦級(jí)的工業(yè)用可移動(dòng)電源及電動(dòng)車方面有廣泛的應(yīng)用前景是燃料電池未來發(fā)展的重要方向。從技術(shù)層面上講DMFC的研究開發(fā)目前依然面臨著以下挑戰(zhàn):即①常溫下燃料甲醇的電催化氧化速率較慢②貴金屬電催化劑易被CO類中間產(chǎn)物毒化③在長期使用過程中甲醇易滲透過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極使得陰極電催化劑對(duì)氧還原性降低、電池性能下降[56]。目前解決上述問題的方法一是需要開發(fā)高活性抗C

3、O中毒的陽極電催化劑二是需要開發(fā)新的質(zhì)子交換膜有效地減少甲醇的滲透。隨著將直接甲醇燃料電池組應(yīng)用到便攜式產(chǎn)品進(jìn)程的加快這就要求DMFC在室溫和常壓下使用對(duì)電催化劑的性能提出更高的要求?！?】目前DMFC所用的電催化劑均以鉑為主催化劑成分因?yàn)橹挥秀K才具有足夠的電催化活性(對(duì)于兩個(gè)電極反應(yīng)均具有電催化活性)以及在強(qiáng)酸性化學(xué)環(huán)境中良好的耐腐蝕性能使得它可長期工作。但是鉑的價(jià)格較為昂貴且資源潰乏使得DMFC的成本居高不下限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。當(dāng)

4、前在DMFC催化劑方面研究的重點(diǎn)主要集中于:(1)提高鉑的有效利用率降低其用量(2)改善其性能衰退問題；(3)尋找新的價(jià)格較低的非貴金屬催化劑。1：燃料電池：燃料電池燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。1.1電池的主要參數(shù)電池的主要參數(shù)電池的性能參

5、數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢(shì)取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢(shì)降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越

6、大，其內(nèi)阻越小。1.2燃料電池簡(jiǎn)介燃料電池簡(jiǎn)介燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)?？?.DMFC工作原理工作原理CH3OHH2OHCO2①電解質(zhì)膜電解質(zhì)膜H2O過量過量O2N2空氣空氣（O2）②催化劑層催化劑層③擴(kuò)散層擴(kuò)散層甲醇氧化甲醇氧化陽極室陽極室陰極室陰極室氧氣還原氧氣還原①②③負(fù)載ee圖1直接甲醇燃料電池的工作原理直接甲醇燃料電池的工作

7、原理圖1為DMFC的結(jié)構(gòu)原理圖。DMFC由陽極、電解質(zhì)膜和陰極構(gòu)成陽極和陰極分別由多孔結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散層和催化劑層組成。通常使用不同疏水性、親水性的碳黑和聚四氟乙烯(PTFE)作為DMFC陽極和陰極的材料。DMFC電解質(zhì)的選擇可以是堿性如KOH和NaOH等也可以是酸性如H2SO4等但由于甲醇電催化產(chǎn)物CO2在堿性溶液中易生成溶解度小的碳酸鹽故一般使用酸性電解質(zhì)。甲醇(液相或者氣相)和氧氣或空氣分別送入陽極和陰極室在陽極甲醇和水通過陽極擴(kuò)散層擴(kuò)

8、散至催化劑層(即電化學(xué)活性反應(yīng)區(qū)域)發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)生成二氧化碳和質(zhì)子。二氧化碳則通過陽極擴(kuò)散層擴(kuò)散回到陽極室中。而質(zhì)子則在電場(chǎng)作用下通過電解質(zhì)膜遷移到了陰極催化劑層并與由陰極室通過陰極擴(kuò)散層擴(kuò)散而至的氧氣反應(yīng)生成水。電子經(jīng)過外電路也到達(dá)陰極。同時(shí)在這一過程中甲醇在擴(kuò)散和電滲作用下從陽極滲漏到了陰極部分甲醇又在陰極催化劑層與氧氣反應(yīng)生成二氧化炭和水[3]?！?】陽極：CH3OHH2O→CO26H6e陰極：32O26H6e→3H2O總反