《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計 > 業(yè)界動態(tài) > 直接甲醇燃料電池分析

直接甲醇燃料電池分析

2020-04-05
來源:電源網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 質(zhì)子交換 PEMFC DMFC 運行

    什么是直接甲醇燃料電池?本文主要講了有關(guān)直接甲醇燃料電池的內(nèi)容,包括:直接甲醇燃料電池的工作原理,直接甲醇燃料電池的優(yōu)缺點,直接甲醇燃料電池影響性能的因素,直接甲醇燃料電池的國內(nèi)研究現(xiàn)狀,直接甲醇燃料電池面臨的問題。

    直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)屬于質(zhì)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(fā)電。相較于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) ,直接甲醇燃料電池 (DMFC) 具備低溫快速啟動、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池 (DMFC)可能成為未來便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。

    

5e893f233f430.png

    一·、直接甲醇燃料電池的工作原理

    直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種,它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成二氧化碳,質(zhì)子(氫核或氫離子)和電子,如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣,質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜遷移往并在陰極與氧反應(yīng),而電子則通過外電路的負(fù)載到達(dá)陽極,并做功。

    堿性條件

    在負(fù)極: 2 CH3OH + 16 (OH-) - 12 (e–) → 2(CO32-)+ 12 (H2O)

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

    總反應(yīng)式:2 CH3OH + 3O2+ 4(OH-)= 2 (CO32-)+ 6 H2O

    酸性條件

    在負(fù)極:2 (CH3OH) - 12 (e–) + 2 H2O → 12 H+ + 2 CO2

    在正極:3 O2 + 12 (e-) + 12 H+ → 6 H2O

    總反應(yīng)式: 2 CH3OH + 3 O2 = 4 H2O + 2 CO2

    這種電池的期望工作溫度為120攝氏度以下,比標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)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(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種,它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫離子,如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣,氫然后再與氧反應(yīng)。

    二、直接甲醇燃料電池的優(yōu)缺點

    優(yōu)點

    直接甲醇燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高,可靠性強,質(zhì)能比高,清潔,易啟動,無噪音,低輻射,隱蔽性強,模塊化結(jié)構(gòu),靈活方便,可水、電、熱聯(lián)供等優(yōu)點。

    缺點

    缺點是當(dāng)甲醇低溫轉(zhuǎn)換為氫和二氧化碳時要比常規(guī)的質(zhì)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方便地使用液體燃料,無需進(jìn)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(shù)仍處于其發(fā)展的早期,但已成功地顯示出可以用作移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。

    三、直接甲醇燃料電池影響性能的因素

    1、陽極催化甲醇的電催化劑,一般來說陽極催化起始在0.4V左右,商業(yè)化使用的是PtRu/C催化劑,約存在0.2~0.4V的過電位,特別是在高電流情況下,過電位更高。

    2、陰極氧還原催化劑,使用的Pt/C催化劑,起始電位約在0.9V左右,存在0.3~0.6V過電位。催化活性還有很大程度的提高。

    3、膜是質(zhì)子交換膜,其質(zhì)子交換能力也會影響效率,此外,甲醇的透過性也會影響催化,(甲醇透過膜到陰極后,會產(chǎn)生混合電勢影響效率)。

    四、直接甲醇燃料電池的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

    我國在直接甲醇燃料電池研究方面起步較晚。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所推出了應(yīng)用于小型風(fēng)扇、PDA、玩具車以及手機用直接甲醇燃料電池實驗演示原型。該所還采用物理氣相沉積法在硅片表面沉積金屬復(fù)合層作為集流體,有效降低了MEMS微型燃料電池的內(nèi)阻。清華大學(xué)微電子研究所對以多孔硅為基礎(chǔ)的MEMS微型燃料電池進(jìn)行了深入研究。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所對微型燃料電池的電池結(jié)構(gòu)、封裝、系統(tǒng)集成等方面的研究也取得了較好的進(jìn)展。

    五、直接甲醇燃料電池面臨的問題

    直接甲醇燃料電池雖然最有可能補充和替代目前廣泛使用的蓄電池,但是也存在著許多問題:1)技術(shù)上,催化劑的低活性和甲醇的滲透2個關(guān)鍵技術(shù)問題阻礙著微型直接甲醇燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用,特別是低溫條件下的甲醇陽極催化劑性能亟待提高;

    2)制造上,直接甲醇燃料電池的發(fā)展趨勢是微型化、集成化和高能化,但是,由于目前燃料電池還未產(chǎn)業(yè)化,各種電池零部件的加工有時還達(dá)不到設(shè)計精度的要求,甚至無法規(guī)模加工。同時,電池的微型化、集成化勢必引起比能量的下降,這與提高電池比功率密度相矛盾。

    3)成本上,直接甲醇燃料電池所需的催化劑、電解質(zhì)膜、極板等材料價格昂貴,制備和加工成本高。因此,要使直接甲醇燃料電池商業(yè)化并具有競爭力,就必須把電池生產(chǎn)成本降低到目前使用的蓄電池價格上甚至更低。以上就是直接甲醇燃料電池的解析,希望能給大家?guī)椭?/p>

    

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。