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(zhǎng)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(yáng)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。【9】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(zhǎng)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(yáng)極室陽(yáng)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(yáng)極、電解質(zhì)膜和陰極構(gòu)成陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極和陰極室在陽(yáng)極甲醇和水通過陽(yáng)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(yáng)極擴(kuò)散層擴(kuò)散回到陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極：CH3OHH2O→CO26H6e陰極：32O26H6e→3H2O總反