直接甲醇燃料电池

介绍了直接甲醇燃料电池的原理、结构,并与发展较早的氢气燃料电池进行优劣比较。针对近期商业化便携式燃料电池的技术指标,主要讨论了直接甲醇燃料电池在性能和成本上的现状和问题,并着重阐述了阳极催化剂和电解质膜（决定其性能的两个关键因素）的研发进展。     

直接甲醇燃料电池反应物浓度测量技术

直接甲醇燃料电池的阳极采用甲醇作为燃料,阴极采用纯氧或空气作为氧化剂,具有能量密度高、燃料储存方便、结构简单的优点,有望成为下一代小型电子设备的电源。反应物的浓度对直接甲醇燃料电池的性能、效率和燃料利用率等都有很大的影响,因此对燃料电池中反应物的浓度进行准确测量至关重要。本文综述了直接甲醇燃料电池中反应物浓度的测量方法,主要包括化学测量方法和物理测量方法,并对这些测量方法的优缺点、基本原理及适用范围进行了分析和评述。     

国外甲醇燃料电池技术开发概况

燃料电池包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池.质子交换膜燃料电池中的直接甲醇燃料电池技术获得重大突破,可望于近期进入量产和商业化应用阶段,新型膜材料的开发是目前直接甲醇燃料电池研发的关键课题,电催化剂的催化性能对其功能也起着极为重要的作用.Ball、Casio、DFMC、Giner电化学系统、NEC、Polyfuel、三星电子、东芝和Motorola等一些大公司都在积极开展直接甲醇燃料电池的研发工作,并取得很大进展.     

国外甲醇燃料电池技术开发概况

燃料电池包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池.质子交换膜燃料电池中的直接甲醇燃料电池技术获得重大突破,可望于近期进入量产和商业化应用阶段,新型膜材料的开发是目前直接甲醇燃料电池研发的关键课题,电催化剂的催化性能对其功能也起着极为重要的作用.Ball、Casio、DFMC、Giner电化学系统、NEC、Polyfuel、三星电子、东芝和Motorola等一些大公司都在积极开展直接甲醇燃料电池的研发工作,并取得很大进展.     

直接甲醇燃料电池用膜

到现在为止，氟碳聚合物膜因其固有的强度和耐化学品性能仍是用于燃料电池的首选材料但这种膜不仅贵，在用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时，氟碳聚合物膜具有透过甲醇的缺点．这会降低产生电能的效率和限制所用甲醇的浓度。日本Tokuymna公司开发成功一种聚烯烃膜，从而解决了这个曾经成为直接甲醇燃料电池商品化的主要障碍。     

直接甲醇燃料电池研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池的工作原理、研究现状及最新进展,认为直接甲醇燃料电池是目前较理想的燃料电池,有广阔的发展前景。     

燃料电池用碱性膜材料的研究进展

碱性膜直接甲醇燃料电池因为结合了质子交换膜燃料电池和液体碱燃料电池的优点而产生自身独特的性质,使其可以在一定程度上弥补质子交换膜燃料电池以及液体碱燃料电池的缺点而尤其引人关注。其中碱性膜电解质为碱性膜燃料电池的核心组件,其性能直接关系到燃料电池的性能及寿命。截至目前,关于碱性膜材料的制备及应用方面的报道较多,涉及的碱性膜电解质的种类也较多。本文以燃料电池用碱性膜电解质为综述内容,对国内外关于碱性膜电解质的研究报道进行系统的梳理和介绍。     

电解重整式甲醇燃料电池系统

为解决直接甲醇燃料电池中甲醇氧化活性低及甲醇穿透问题,提出一种新型的电解重整式甲醇燃料电池系统。在系统中,高温电解重整器重整甲醇为常温燃料电池供氢,燃料电池的部分电能供给电解重整器使用。通过对系统的物料流、焓流、有效能流的分析,确定了系统中的不可逆因素。结果表明:电解重整器电压是影响系统效率的重要参数;升高重整器温度可以显著降低其电压,但必须采用合理的压力、甲醇溶液浓度以抑制甲醇溶液的蒸发,降低热量损失。与传统的直接甲醇燃料电池系统以及高温甲醇热重整联合质子交换膜燃料电池系统相比,该系统性能较高、结构紧凑。     

直接甲醇燃料电池质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其燃料来源丰富、储存方便、结构简单、安全等优点而日益受到广泛的关注。预计将在很多领域中能得到广泛的应用。过去,人们对DMFC做了很多研究,针对直接甲醇燃料电池中的质子交换膜(PEM)的阻甲醇性能方面的研究进展作如下评述。     

直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、燃料洁净环保和电池结构简单等优点，工业化和实用化前景日益明朗，显示出较好的发展势头。开发实用性强、催化活性高、成本低的催化剂以提高直接甲醇燃料电池的效率受到越来越多研究者的关注。本文综述了直接甲醇燃料电池核壳型催化剂、合金型催化剂和贵金属型催化剂的制备方法、表征手段和催化性能，研究了不同催化剂存在的问题、优势及发展趋势。     

Novel approach to membraneless direct methanol fuel cells using advanced 3D anodes

A conventional membrane electrode assembly (MEA) for a direct methanol fuel cell (DMFC) consists of a polymer electrolyte membrane (PEM) compressed between an anode and cathode electrode. Limitations with this conventional design include: cost, fuel crossover, membrane degradation or contamination, ohmic losses and reduced active triple phase boundary (TPB) sites for catalyst located away from the electrode/membrane interface. In this work, ex situ and in situ characterization of a novel electrode assembly based on a membraneless architecture and advanced 3D anodes was investigated. The approach was shown to be fuel independent and scaleable to a conventional bi-polar fuel cell arrangement. The membraneless configuration exhibits comparable performance to a conventional ambient (25 °C, 1 atm) air-breathing DMFC. However, it has the additional advantages of a simplified design, the elimination of the membrane (a significant component expense) and enhanced fuel and catalyst utilization through the extension of the active catalyst zone.     

直接甲醇燃料电池溶胶-凝胶流动相的制备与表征

对直接甲醇燃料电池溶胶-凝胶流动相的制备工艺进行了分析,采用溶胶-凝胶法以正硅酸甲酯为前驱体制备出了溶胶-凝胶流动相.分别以溶胶-凝胶流动相和液体流动相为燃料对比研究了直接甲醇燃料电池的放电性能,测定了溶胶-凝胶流动相在Nation117膜中的甲醇渗透率,研究了溶胶-凝胶流动相的质子电导率.实验结果表明,使用溶胶-凝胶...     

CO_2气泡脱离扩散层孔口过程的数值模拟

在直接甲醇燃料电池(DMFC)中,阳极催化层表面反应生成的CO2气体通过扩散层,及时排出阳极通道,对提高DMFC电流密度具有重要意义,因此研究气泡脱离孔口的过程很有益。今采用Fluent6.2.16对CO2气泡脱离扩散层孔口过程、两孔时气泡形成及聚并过程进行了数值模拟,考察了阳极通道内液体流速、扩散层孔道直径等因素对气泡脱离的影响。结果表明,阳极通道内液体流速越大,气泡脱离扩散层孔口所需的时间越短;扩散层孔道直径越大,气泡脱离扩散层孔口所需的时间越长,且生成的气泡越大;由于从相邻两扩散层孔道出来的气泡的阻挡和挤压作用,使得两气泡周围的压力分布与单气泡不同,气泡脱离过程与从单个扩散层孔口的脱离过程有所不同,脱离时间更早。     

低温燃料电池催化剂的研究进展

综述了近年来低温燃料电池,如质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）催化剂的研究进展,着重介绍了近年来出现的几种制备高分散和高活性的燃料电池催化剂的新技术和新方法,以及关于低Pt和非Pt催化剂的研究情况,简要介绍了关于燃料电池催化剂基础研究方面的情况。     

Fuel cell performance of polymer electrolyte membrane based on hexafluorinated sulfonated poly(ether sulfone)

The potential-current fuel cell characteristics of membrane electrode assemblies (MEAs) using hexafluorinated sulfonated poly(ether sulfone) copolymer are compared to those of Nafion^® based MEAs in the case of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and direct methanol fuel cell (DMFC). The hexafluorinated copolymer with 60 mol% of monosulfonated comonomer based acid form membrane is chosen for this study due to its high proton conductivity, high thermal stability, low methanol permeability, and its insolubility in boiling water. The catalyst powder is directly coated on the membrane and the catalyst coated membrane is used to fabricate MEAs for both fuel cells. A current density of 530 mA cm^?2 at 0.6 V is obtained at 70 °C with H₂/air as the fuel and oxidant. The peak power density of 110 mW cm^?2 is obtained at 80 °C under specific DMFC operating conditions. Other electrochemical characteristics such as electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and linear sweep voltammetry are also studied.     

直接甲醇燃料电池参比电极的设计与稳定性

提出了用于原位测量直接甲醇燃料电池(DMFC)极化的参比电极的结构设计,并考察了电解质的润湿程度对参比电极的电位及其电位稳定性的影响.结果表明：在可逆氢电极(RHE)作为参比电极的DMFC中,RHE的电位随电解质润湿程度的增加而降低,其电位的稳定性主要取决于其表面状态的稳定性.提出要获得电位稳定及测量准确的极化曲线,RHE处的电解质应处于对侧液态水润湿的状态,且电极表面要有适量、稳定流速的氢气.     

Highly methanol-tolerant non-precious metal cathode catalysts for direct methanol fuel cell

This work reports on the oxygen reduction activity of several non-precious metal (non-PGM) catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) at the fuel cell cathode, including pyrolyzed CoTPP, FeTPP, H₂TMPP, and CoTMPP. Of the studied catalysts, pyrolyzed CoTMPP (Co-tetramethoxyphenylporphyrin) was found to perform significantly better than other materials. The catalyst underwent a thorough testing in both hydrogen-air polymer electrolyte fuel cell (PEFC) and direct methanol fuel cell (DMFC). It was found that CoTMPP cathode can sustain currents that are only 2-3 times lower than those obtained with a conventional Pt-black cathode in an H₂-air PEFC. DMFC experiments, including methanol crossover and methanol tolerance measurements, indicate high ORR selectivity of the CoTMPP catalyst. Based on results obtained to date, the CoTMPP-based catalyst offers promise for the use in conventional and mixed-reactant DMFCs operating with concentrated methanol feeds. However, hydrogen-air fuel cell life data, consisting of over 800 h of continuous cell operation, indicate that improvement to long-term stability of the CoTMPP catalyst will be required to make it practical.     

直接甲醇燃料电池用阻醇质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池是近十年兴起的新型燃料电池,并以其独特的优点引起了人们广泛的关注。作为其重要组成部分的质子交换膜的性质是影响电池性能的关键因素。本文在介绍近两年质子交换膜研究最新进展的基础上,综述了天然聚合物用作质子交换膜材料的研究情况,并分析了其优劣势及应用前景。