直接甲醇燃料电池研究现状及主要问题

　　在，基础上以含碳燃料代替纯氢。有利于，冗系统的推广与应用。，疆作为交通运输工具的动力电源已越来越受到人们关注。液态烃或甲醇是电动汽车燃料电池首选燃料。甲醇燃料的优越性在于室温下液态。高能量密度，价格便宜，尤其适合作为牵引动力电源。

　　在燃料电池中，甲醇可以直接应用。也可以间接应用。后情况下，需将甲醇进行重整产生比和将比用于传统的燃料电浊中；直接醇燃料电池1.简称为，舰，与间接甲醇燃料电池相比。由于去除了重整器而具有重量轻。体积小等优点。同时由于不需要重整设备。使得，况设计和运行简单，可靠性高。少维护以及较低的资金和运行费用。另外，嫩还将具有快速多重起动能力和响应负载速度快的性能，以固体聚合物作为电解质的直接甲醇燃料电池是理想的车用动力电源。在不久的将来，最有可能实现商业化的，是聚合物电解质膜直接甲醇燃料电池印疆0，1冗以下简称为2.收，以其潜在的；1效率。设计茼单。内，燃料直接转换。加油方便等诸多优点吸引了各国燃料电池研究人员对其进行了多方面的研宄。美国在华盛顿特区特别成立了美国甲醇研宄院，目的之就是推动发展直接甲醇燃料电池。

　　研究现状在，0性能研宄方面，德国，8公司处于世界领先，位，对仍1.进厅研究的科研机构。；要，1；美1；亚学院的把抓7，工英国，大学化学5.意大利的017院，热，士人学化学院和化学系及分子催化中心④韩国能量研究院的燃料电池研宄小李建玲197.女。河北石家庄人。清华大学博士后。吁究方向燃料电池。垛4电池双电总电，器导电化学方面研究毛宗强1947.男。江苏淮阴人清华大学研究员博士，研究方向燃料电池。纳米炭贮氢等与氢能有关的课铨。

　　组，中国有中科院长春应化所天津大学等，日本些学校和公司也在进行这方面研宄。

　　对0碰1；的研宄重点主要有以下几个方面。

　　研宄的内容主要有运行参数如温度压力。以3，类型甲醇浓度等的影响。

　　3，开发的单体电池是使用高载量的铂钌黑阳极和柏黑阴极⑷在较高的温度和压力下操作。获得的性能为130，下供给，44仙的甲醇水蒸气和05肘，的氧气，电流密度为400，2时，电压为，52，但寿命实验明，电池的稳定性不能满足实用要求。然而，有如此可观；勺性能。5.，1现在止，7及8+，1合作开发在更理想条件下操作的价格适宜的电池131.

　　体系。电极是载量为2.5，2的，1达到最好的性能为98乙0.5心下供氧。2001.供给2甲醇水蒸气。4001mrTi5l，5V，供氧的最大输出功率超过350，2，电流Siuam1；等人7实验了甲醇浓度在0.54加，1工作温度0303，3条件下，得到了功率密度为025.，201.

　　用空作为阴极反应物的口研，岜取行了讥此六。

　　接近常压条件下45，0，获得了2的电流密度，对0娜0来说，实验室体系中，只有在温度100以下以酵和宁1作为，料。功率密度达到20025，2时。它寸可能成为以燃料电池驱动的电动车的优先发展电源13.目前，大多数研究小组己经达到了40，到60，电压时。电流密度为40.1.即功率密度为16624，1.，前所有0扒研九。所用催化剂5为临。其，标值应在41叫12以。们1述忭能均，江常位刻的条件下议1.1的即阴极刖加压的02.或运行温度较高100130，或贵金属含量很高，利用率很低等。

　　1.2甲醇穿过1膜渗透。的影响4+ft目前0；研宄中尚未解决的个主要问是甲醇从阳极到阴极的渗透问。这在典型的全氟磺酸膜中尤为严重这现象是由于甲醇的扩散和电渗析力共同引起的1甲醇穿过膜的渗透引起阴极极化损失及燃料转化效率降低。

　　浓度下，由于甲醇渗透已引起阴极电位降低，随甲醇浓度，加对阴极性能并没造成更为严重影响。而由于直接化学氧化造成燃料利用率降低。作者认为运行温度在100，左右较为合适。

　　1.1凡1泺14的研究认为仙1；中电；也性能1贤受限于阴极极化损失。而这是由于甲醇渗透引起的。甲醇渗透随着温度与甲醇浓度的，加而，加，通过对膜进行处理可以降低甲醇的渗透，提高电池性能。

　　阳离子交换树脂的渗透，6而；0速率提出了个简单的数学模型能够对电池的电压特性进行指。

　　1.3膜研究甲醇通过，膜的渗透对0肘，0性能提高是个严重阻10012的甲醇穿透速率，导致阴极性能衰减及燃料损失变得不可接受。而且在电池运行温度超过100，的情况下，必，7的导电性与热稳定性都显不够。在离子导电率方面，较薄的阶膜具有优越性，虽然它们对甲醇的穿透阻力更小，但这个问己得到解决，只是其热稳定性仍不够理想，另外，目前来说他，1膜的价格偏高，要使其在，肘械玫缴，业化应用，需要同时大幅度降低价格及提高0，阢应用的alinn.fMfi，另外种解决办法是研制适用于0碰的无阶3，1膜缺陷持杂的1；础聚勿1咖1.，1.，抑1和，17317lmmde.

　　种包含金属甲醇阻挡层，0，出，1士；1堪的层结构的制备方法但目前可能行不通。

　　应用电聚合磺化苯酚也可能解决这问13，但需要研宄所有这些聚合物的物理化学性质。包括胗仪制备可行性研究。如果能够解决膜制备与电解质催化剂界面的设计问，办10及其它村料将对无甲醇穿透的1职，创新的时代。

　　等。如能将甲醇在阴极侧通过气相化学反应进行氧化。则也不会降低阴极混合电位，而其内部电阻还可以降低。

　　1.4电催化剂研究甲醇的阴极氧化反应为氧的阴极还原反应为上述电池的主要障碍是甲醇的阳极反应速度慢，极化较电池电催化剂及电极结构是提高甲醇阳极氧化的主要途径。

　　甲醇在单金属，1上的电化学氧化是个自毒化反应，因为甲醇通过去氢反应生成，强烈吸附在穴上，占据了朽的面活性点。阻止了甲醇的进步吸附，导致，冗输出功率降低17.所以区别于，0，单金属，是不能作为的阳极催化剂的。

　　迄今为止，所有催化剂中刊拖催化剂被认为是最有希K+m+LiLiu.C，ogPufNLWm7lMPCPi此与，广榀黑的性能，结果明载只此具有较小的体尺寸。因而。的比活性脱评4舰等人121采用，和1氧化物共沉积的方法制得了比传统方法制得的催化剂具有3倍大面积的，1此元合金催化剂。这种载仍他催化剂对甲醇的电化学氧化有极高的催化活tt.IVI；n 1时，014下电流密度为200极限电流密技超过Vi.ni2.

　　以矜和，广抱为基。人们也对其它元元或元合金进行了广泛的研宄。，8是仅次于，如的另外种类型催化剂旦人们对的沉积方式乍用机理等仍有争议，12伟。评61研究了以1凡1为基的添加切。他，1；七素的元和化催化剂的制备岭其性能17.另外。热处1！付催化剂的性能也有重要奶响除了矜和，人们付其它甲1；1催化齐1也迅亍广泛研究。如元合金还有内，心0，任何关于此机理的争论为是否存在另外的电子或空间效应。双功能机理的解释为1活性点吸附含氧粒子发生的位置通过面扩散优先进行氧化。只1活性点吸附含碳粒子的活性要大于，1他或如原子簇。如的最佳面组成会使，1如对活性点达到最大。对，和来说，ftRuRLuPtPdnpt如活性点吸附同等容易。然而迄今为止。甲醇在不同体系面的吸附动力学的研宄却很少，除了在单金属，1面。这个问并没有进行过动力学研宄31.

　　20研究中需要解决的关键问21催化剂研究对于瓜来说。甲醇的阳极氧化迟缓及由于甲醇通过0膜的穿透所引起的阳极性能衰减是限制甲醇燃料电池发展的主要问。关于甲醇的阳极氧化问，重点是要研究具有高活性的甲醇氧化催化剂。这可以从个方面入手0催化剂制备方法。制备方法对催化剂性能具有重要影响。传统的制浴方法穿多凋17，近；人25利胶体体系来制备0载超细催化剂，粒子平均直径只有1.7士0.5，明在空气中热处理只1催化剂要比在比中处理好得多。因为出存在化茇面富，对只和十催化剂的热处理结果明热处理温度也是个重要参数21.适宜的，载体的选择也是1催化剂性能的个货考虑的数。因为在催化剂和碳载体之间可能发生相互反应而改变催化剂活性这些相互反应依赖于，载体的官能团特性。

　　22电解质膜的研制方面对，腿用的，系列及00评电解质膜进行改性以降低醇穿达他力；另方面要研制适应1制应用的新23甲醇阳极电极的结构与制作工艺甲醇阳极应具有不同于，娜0阳极的内部结构。其原因如下①与氢相比甲醇具有润湿特性且分子尺寸较大②反应生成物为气态，2，必须从催化点及电极孔体系中排除。因此。

　　0，0的1极结构内说1.个更为开放的结构。关于甲醇多孔阳极的几何性质可以应用来测定。当然。可以应用己有的观腿体系理论与技术来简化与加速这方面的研宄，1塔林维明。燃料电池系统邮1格北京1如切171688化学工业出版社，199665.

　　叫陆文全。质子交换膜燃料电池1；10初步研宄。心研耶北京1咕仙办清华大学，1998 3，1押1田立朋，也仙李伟善。直接甲醇燃料电池愚恩猜，记部，笕具私佩，也悔做激碳1娜没广=欢迎订阅电池新世纪电池千万不能错过！

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