被动式微型直接甲醇燃料电池燃料供应技术进展

作为便携式电子设备下一代电源的可能选择之一,微型被动式直接甲醇燃料电池受到越来越多的关注.微型化及被动式的特点给电池反应物的供给带来了新的挑战.本文对近年来被动式燃料电池的各种供液方式,包括气态供料、直接浸泡阳极、二氧化碳驱动供液,利用毛细作用和表面张力等进行了综述,对其技术特点及前景做了分析与讨论.     

自呼吸式直接甲醇燃料电池性能及其传质特性

针对有效面积为1 cm2的自呼吸式直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cell,DMFC）单电池,阳极采用燃料罐供液,将阴极侧集流体和夹具设计为一体式结构,并用自制的七合一膜电极组件对其进行测试,讨论了催化剂类型、扩散层材料、集流体结构等因素对其性能的影响,分析了电池内部的传质特性,优化了电池特别是其在中高电流密度条件下的性能。实验结果表明：采用Pt黑、Pt-Ru黑催化剂制作的自呼吸式DMFC能强化反应物的传质;采用碳布制作的膜电极更倾向于获得更高的极限电流密度;低电流密度时,因甲醇渗透电池电压随着甲醇浓度的增加而降低,但在中高电流密度下,电池性能随甲醇浓度的增大先升高后降低;平行集流体有利于阴阳极生成物的排出和反应物的传质,因此易获得较高的电池性能。     

微型直接甲醇燃料电池阳极传质分析

针对微型直接甲醇燃料电池,将阳极流场板简化为规则结构的多孔介质,运用多孔介质理论建立了包括流场板在内的阳极传输模型。模型考虑了阳极流道内液体饱和度沿流动方向的变化、催化层的厚度以及甲醇渗透,计算并讨论了阳极流道内液体饱和度的分布和流量对电池电流密度的影响,分析了阳极过电位对甲醇浓度分布和电池性能的影响以及质子交换膜内的传质特性。     

直接甲醇燃料电池中甲醇穿透对电池性能的影响

根据已经建立的液体进料直接甲醇燃料电池一维模型讨论甲醇穿透对电池性能的影响.结果表明:电流密度较低时,甲醇穿透对电池性能的影响较大;随着电流密度增大,甲醇穿透对电池性能的影响越来越小.     

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

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。     

直接甲醇燃料电池进入实用阶段

直接甲醇燃料电池是全球当前研发追求的新电源,在电能密度、效率、使用寿命等功能方面占有明显优势,而且不用充电即可连续补充使用。直接甲醇燃料电池潜在应用市场广阔,目前,世界各国的厂商都在全力进行DMFC的研制应用,其中大部分厂商都承诺要在2005年推出自己的产品。     

液相进样直接甲醇燃料电池性能研究

报道了用研制的Pt-Ru/C催化剂, 采用特殊工艺制备了膜电极, 并组装了直接甲醇质子交换膜单电池系统。考察了电极扩散层制备方法、催化剂层中催化剂、Teflon-C以及Nafion液的用量等电极制备工艺条件以及空气作为氧化剂对单电池性能的影响。结果表明：采用刷涂法制备电极扩散层比喷涂法好,催化剂层中催化剂的优化含量为0.6mg·cm-2,Teflon-C、Nafion液的最佳用量分别为0.3 mg·cm-2、0.5 mg·cm-2。当工作温度为80℃时,输出电压为0.3V,氧气作为阴极气体的输出电流密度为36mA·cm-2;而空气作为阴极气体的输出电流密度为22.5mA·cm-2。膜电极有效面积为9cm2的的液相进样直接甲醇/氧气燃料电池三电池电堆的最大功率为0.285W,此时输出电压为0.7V,输出电流为0.407A;而液相进样直接甲醇/空气三电池电堆的输出电压为0.635V,输出电流为0.252A时,最大功率为0.160W。     

新型被动式自呼吸纯甲醇燃料电池问世

一种采用纯甲醇进料方式的被动式自呼吸直接甲醇燃料电池近期在长春问世。该电池由中科院长春应用化学研究所研制。其构成包括纯甲醇贮存腔、甲醇缓冲区和电池工作单元。在纯甲醇贮存腔和甲醇缓冲区之间采用渗透膜来控制甲醇的传递,实现纯甲醇进料,以满足甲醇燃料电池的长效工作能力。     

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。     

Influence of Methanol Crossover on the Fuel Utilization of Passive Direct Methanol Fuel Cell

The effect of methanol crossover on the fuel utilization of a passive direct methanol fuel cell (DMFC) was reported. The results revealed that the Faradaic efficiency decreased from 46.9 to 17.4% when methanol concentration increased from 1.0 to 8.0 mol L^–1 at the lower current density 11.1 mA cm^–2. However, the Faradaic efficiency increased from 14.7 to 31.3% when methanol concentration increased from 1.0 to 8.0 mol L^–1 at a higher current density of 44.4 mA cm^–2. On the other hand, although the amount of methanol was increased, the Faradaic efficiency did not change, obviously due to the uniform methanol crossover and methanol diffusion at the same methanol concentration and constant current.     

一种无膜直接甲醇燃料电池

通过热解法将含有间硝基苯胺、碳黑、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、多壁碳纳米管(CNT)与醋酸钴的前驱体在CO_2气氛下于800℃下加热,得到不同间硝基苯胺含量的钴掺杂C-N催化剂;通过化学还原法制备了多壁碳纳米管(MWCNT)以及β-环糊精(β-CD)修饰的MWCNT(β-CD-MWCNT)负载的金属钯/锡纳米颗粒。碱性溶液中,Co-C-N系列催化剂表现出对氧还原具有较好的催化活性,对醇也具有较好的耐受力;PdSn/β-CD-MWCNT也对醇也表现出较强且稳定的催化活性。以PdSn/β-CD-MWCNT为阳极,同时将Co-C-N催化剂制备成气体扩散电极,组装成无膜直接燃料电池,以0.5 mol·L~(-1)甲醇为燃料进行了放电测试,电池具有较高的放电功率,而且放电稳定。     

直接甲醇燃料电池研究现状

直接甲醇燃料电池主要由阳极扩散层、阴极扩散层、质子交换膜等组成,通过化学反应来传递能量,催化剂和质子交换膜对直接甲醇燃料电池性能影响很大,一旦解决技术难点,未来,直接甲醇燃料电池作为新兴绿色能源,将为我国经济发展提供重要的能源支持。     

直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂研究的新动向

概述了直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂最近的一些研究情况。电化学沉积法和采用有机金属前驱体、有机溶剂中还原金属化合物制备催化剂的方法可以有效地控制催化剂组成、分布、颗粒大小；铂—金属大环化合物对甲醇的电催化氧化具有很好的催化活性，金属碳化物和钙饮矿类氧化物是可能代替责金属铂而作为直接甲醇燃料电池阳极催化剂的非责金属材料。     

Experimental and Numerical Study of Serpentine Flow Fields for Improving Direct Methanol Fuel Cell Performance

Methanol crossover is an important issue as it affects direct methanol fuel cell (DMFC) performance. But it may be controlled by selecting a proper flow field design. Experiments were carried out to investigate the effect of single, double and triple serpentine flow field configurations on a DMFC with a 25 cm² membrane electrode assembly (MEA) with a constant open ratio. A three dimensional model was also developed for the anode of the DMFC to predict methanol concentration and cell current density distributions. Experimental and model results show that at lower methanol concentrations (0.25–0.5M), single serpentine flow field (SSFF) provides high peak power density, while a double serpentine flow field (DSFF) gives high peak power density at a high methanol concentration (1–2M). Single and double serpentine flow fields exhibit the same peak power density (33 mW cm⁻²) at 1M. But the cell efficiency of double serpentine flow field is 12.5% which is 3.5% point greater than single serpentine flow field. This is attributed to reduced mixed potential. triple serpentine flow field (TSFF) shows the lowest peak power density and cell efficiency, which is attributed to high mass transfer resistance.     

直接甲醇燃料电池技术及应用

本文回顾了直接甲醇燃料电池（ＤＭＦＣ）的研究开发历史,系统阐述了ＤＭＦＣ系统中电催化剂选择与设计基本原则、电解质膜材料与甲醇渗透的关系。分析了电池工作温度、工作压力和甲醇进料方式对ＤＭＦＣ电化学性能的影响。     

Empirical Model Equations for the Direct Methanol Fuel Cell DMFCs

Empirical model equations, proposed for polymer electrolyte fuel cells, are used to predict the cell voltage vs. current density response of a liquid feed direct methanol fuel cell. The model equations are validated against experimental data for a small-scale fuel cell over a wide range of methanol concentration and temperatures. A new empirical equation is presented which is able to predict the voltage response of liquid feed direct methanol fuel cells over a wide range of operating conditions and even in the case of very low current densities caused by, for example, the use of dilute methanol solutions or low cell temperatures.     

Effect of Ionomer Content in Anode and Cathode Catalyst Layers on Direct Methanol Fuel Cell Performance

The influence of ionomer content on the performance of direct methanol fuel cells (DMFC) is studied. The performance is studied as a function of the (nafion/carbon, N/C) ratio on the anode and cathode. The performance of the DMFC has been found to increase as a function of the N/C ratio. The ionomer content seems to influence the catalyst layer resistance in the anode and cathode and also the methanol oxidation potential on the anode. On the cathode, catalyst utilisation is seen to be affected by the ionomer content. Cyclic voltammetry (CV) is used to study the effect of ionomer content on Platinum (Pt) utilisation on the cathode. Theoretical calculations are used to study the catalyst layer resistance on the anode and cathode as a function of ionomer content. Findings indicate that ionomer content plays only a partial role in characterising the performance of a DMFC.