直接甲醇/空氣燃料電池

直接甲醇/空氣燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）屬於質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）中的類，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發電。相較於質子交換膜燃料電池（PEMFC），直接甲醇/空氣燃料電池具備低溫快速啟動、燃料潔淨環保以及電池結構簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池可能成為未來攜帶型電子產品套用的主流。

基本介紹

• 中文名：直接甲醇/空氣燃料電池
• 外文名：Direct Methanol Fuel Cell，DMFC
• 燃料：液態或者氣態甲醇
• 特點：低溫快速啟動、燃料潔淨環保等

原理

直接甲醇燃料電池是質子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預先重整。甲醇在陽極轉換成二氧化碳，質子(氫核或氫離子)和電子，如同標準的質子交換膜燃料電池一樣，質子透過質子交換膜遷移往並在陰極與氧反應，而電子則通過外電路的負載到達陽極，並做功。

鹼性條件

在負極： 2CH₃OH + 16 (OH^-) - 12 (e^–) → 2（CO₃^2-）+ 12 (H₂O)

在正極： 3O₂+ 12 (e^–) + 6 (H₂O) → 12 (OH^-）

總反應式：2 CH₃OH + 3O₂+ 4(OH^-)= 2 （CO₃^2-）+ 6H₂O

酸性條件

在負極：2 (CH₃OH) - 12 (e^–) + 2 H₂O → 12H⁺+ 2CO₂

在正極：3O₂+ 12 (e^-) + 12 H⁺→ 6 H₂O

總反應式: 2CH₃OH + 3O₂= 4H₂O + 2CO₂

這種電池的期望工作溫度為120攝氏度以下，比標準的質子交換膜燃料電池的運行操作溫度略高，其效率大約是40%左右。直接甲醇燃料電池是質子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預先重整。甲醇在陽極轉換成二氧化碳和氫離子，如同標準的質子交換膜燃料電池一樣，氫然後再與氧反應。

反應原理示意圖

優缺點

優點：體積小巧，燃料使用便利，潔淨環保，理論能量比高；

缺點：能量轉化率低，性能衰減快，成本高。

存在瓶頸

（1）催化劑

採用貴金屬納米催化劑 ，成本高。活性及穩定性達不到理想要求；

（2）質子交換膜

質子交換膜甲醇透過很嚴重，造成燃料浪費，陰極混合電位，性能下降；

（3）電池集成

針對DMFC的集成技術還不完善。這種電池的期望工作溫度為120℃，比標準的質子交換膜燃料電池略高，其效率大約是40%左右。其缺點是當甲醇低溫轉換為氫和二氧化碳時要比常規的質子交換膜燃料電池需要更多的白金催化劑。不過，這種增加的成本可以因方便地使用液體燃料和勿需進行重整便能工作而相形見絀。直接甲醇燃料電池使用的技術仍處於其發展的早期，但已成功地顯示出可以用作行動電話和膝上型電腦的電源，將來還具有為指定的終端用戶使用的潛力。