直接甲醇燃料电池及其前景

应用科技直接甲醇燃料电池及其前景夏华丹(武汉商业服务学院机电工程系，湖北武汉430056)[摘要]直接甲醇燃料电池0MFC)因其体积小、能量密度大等优点已成为最具发展前景的燃料电池之一。本文以介绍燃料电池的历史，燃料电池的种类，和直接甲醇燃料电池的工作原理为主，主要论述了直接甲醇燃料电池的优势及其发展前景。而因直接甲醇燃料的优势，使其更多的使用于便携式设备中。[关键词]燃料电池;直接甲醇燃料电池;原理;应用燃料电池是一种将燃料与 氧化剂的化学能通过电化学反应直接转燃料电池直接使用甲醇而无需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳和变为电能的发电装置。燃料电池有许多优点，由于它不受卡诺循环的氢，如同标准的质子交换膜燃料电池-样，之后氢再与氧反应。限制，与传统的能量转换系统相比能量转换效率高。它一般用氯作燃这种电池的期望工作温度为120C,略高于标准的质子交换膜燃料，氧气为氧化剂，而产物为水，因而对环境的污染很小。由于不同类料电池，效率大约是40%。其缺点是需要更多的白金催化剂。型的燃料电池在不同场合的应用，使燃料电池有着广泛的用途。24再生型燃料电池(RFC)燃料电池的历史再生型燃料电池技术相对较新，但全球有许多研究小组正在从事燃料电池的历史可以追溯到第19世纪英国法官和科学家William这方面的研究。它与普通燃料电池的相同之处在于也用氢和氧来生成RobertGrove 爵士的工作。1839 年，Grove所进行的电解作用实电、热和水。其不同之处是它还进行电解。燃料电池中生成的水再送回验--使用电将水分解成氢和氧一 是人们后来称之为燃料电池的第到以太阳能为动力的电解池中，在那儿分解成氢和氧组分，然后这种组-个装置。分再送回到燃料电池。这-技术目前仍有许多问题尚待解决， 例如成本剑桥大学的工程师Francis Thomas Bacon博士完成了燃料电池历以及进步改进太阳能利用的稳定性等问题。史的主要-章。1932年，Bacon 博士发明了Bacon电池，它也就是第3直接甲醇燃料电池的运怍原理一个碱性燃料电池 (alkaline fuelcell AFC)。20世纪初期，飞机制造所谓直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell, 它属于质商Pratt&Whitney获得Bacon的碱性燃料电池专利执照。之后，这种子交换膜燃料电池(PEMFCI 中之一类，系直接使用液态甲醇为燃料碱性电池便用于大多数飞行任务。它能产生可饮用水作为副产品是使用供给来源，而不需透过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以燃料电池作为能源的另一好处。在整个20世纪的70、80年代，人们供发电。相较于质子交换膜燃料电池(PEMFC),直接甲醇燃料电池大量研究开发所需的材料，探紫最佳的燃料源，同时迅速降低燃料电池(DMFC)低温生电、燃料成分危险性低、生电结构简单等特性使直接技术的成本。直到20世纪90年代，一种廉价的，清洁的，可再生的甲醇燃料电池DMFQ成为便携式电子产品应用的主流。能源最终成为事实。31 直接甲 醇燃料电池的运作原理目前，许多公共设施都用了燃料电池，很多汽车公司也已经设计直接甲醇燃料电池含有阴阳两个电极，而两个电极之间由具有渗出燃料电池汽车。在北美和欧洲的许多城市，以燃料电池为动力的公共透性的薄膜所构成。离子交换膜为其电解质，薄膜的表面则涂有可以加汽车也已进入试用。在今后的几十年中，鉴于人们对能源危机的担心，速反应的触媒。甲醇溶液透过阳极进入燃料电池,氧气由阴极进入燃以及大量使用石油燃料对环境的破坏已受到愈来愈多人的关注，这必将料电池。经由触媒的作用使甲醇所含的氢原子(hydrogen) 裂解成质促进燃料电池的发展。子(proton) 与电子(electron), 其中质子被氧吸引到薄膜的另-2燃料电池的种类边，电子则经由外电路形成电流后到达阴极，与氧(O2) 形成水燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类燃料电池(H20)。需要特殊的材料和燃料，且用于其特殊的应用。直接甲醇燃料电池DMFQ反应式如下:21质子 交换膜燃料电池(PEMFC)阳极反应: CH.OH+H.0→CO+ 6H+6e-该技术是General Electric公司在20世纪50年代发明的，被阴极反应: 3/20+ 6H'+ 6e~→3H2ONASA用来为其Gemini空间项目提供动力。目前这种燃料电池被汽车电池反应: CH2OH+3/202-→CO2+2H2O公司用来取代原来使用的内燃机。工作多理当然，要使该技术广泛应用仍需解决一系列的问题。 其中制造成本是最主要的问题，因为膜材料和催化剂都十分昂贵。同时这种电池需要纯净的氢方能工作，因为它们极易受到一氧化碳和其它杂质的污染。22碱性燃料电池 AFC)燃料电池技术中发展最快的一种要算是碱性燃料电池,主要为航空服务。碱性燃料电池的设计与质子交换膜燃料电池的设计基本相似，但其使用的电解质为稳定的氢氧化钾基质或水溶液，而且电化学反应也稍有不同与羟基(OH)从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子。这些32 直接甲醇燃料电池与二次电池的比较电子为外部电路提供能量，然后回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基直接甲醇燃料电池相较于目前主流二次电池如锂离子电池或镍氢离子。碱性燃料电池启动很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池电池具有高能量密度的优势。直接甲醇燃料电池的理论能量密度是的密度大约低+倍，在汽车中使用非常笨拙。不过，由于它们是燃料电4780Wh/L，相较于镍氧的200Whr/L.锂离子的310Whr/L都有较大优势。另外与二次电池蓄电再放电的机制不同，燃料电池可以说是池中生产成本最低的一种，因而可用于小型的固定发电装置。能源转换器，只要持续供应燃料即可持续产生电力，不会有电力中断或23直接 甲醇燃料电池()MFC)直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变异，直接甲醇更换电池的现象。261七科技凤克接牛顿燃村电池与次电池的比较案，是一种被动式燃料供给系统。通常，燃料电池将甲醇与水混合，再;体积轮重配厘浓缩至原来的30%。经过了一系列耐用及可靠性测试，东芝打算进一能源供给万式LVattHours per Luter)步促使该技术的成熟以将DMFC集成到商业产品中。pechasrgeable Datteeskerchsrosbin Bttrsee5结语/d(celi only)从目前的技术水平看，DMFC的功率密度比氢氧燃料电池低，因/ME(ce11. on1y)此这类电池更适用于小型电器中，如移动电话、笔记本电脑等。-1onlce110n121现在，国外的很多厂商都开始研究并着手于以此作为燃料。直接-1amlpacb)甲醇燃料电池(DMFC) 由于使用液体甲醇作燃料，电池安全，系统简Fuel Ce118单，运行方便，具有很广阔的商业化前景。Te thuol (theoretic4小型直接甲醇燃料电池发展动向燃料电池的日益发展使它们正成为不断增加的移动电器的主要能1刘建闖，农宝廉,魏昭彬.直接甲醇燃料电池的原理、进展和主要技术问[参考文献]源。微型燃料电池因其使用寿命长，重量轻和充电方便等优点，与常规题[J.电源技术,2001.电池相比具有得天独厚的优势。四唐水华颜伏伍,李小毅向禹直接甲醇燃料电池在汽车上的应用前景分如果要使燃料电池能在笔记本电脑，移动电话和摄录影机等设备析U.节能与环保2005.中应用，其工作温度，燃料的可用性，以及快速激活将成为人们考虑的31江茂海,那航马重芳,贾杰林,刘口.叶芳,俞坚.直接甲醇燃料电他动态性能的研究0.中国电机工程学报20050.主要参数，目前大多数研究工作均集中在对低温质子交换膜燃料电池和4胡西多，曾志峰徐常咸于非,谢晖酸性甲醇燃料电池阳极催化剂的研究直接甲醇燃料电池的改进。正如其名称所示，这些燃料电池以直接提供进展田东莞理工学院学报,2007.的甲醇-水混合物为基础工作,不需要预先重整。例如东芝公司表示，其闪存播放器尺寸为23x75x10mm,充入3.5ml浓缩甲醇能够支持大概35小时的音频播放:硬盘播放器尺寸较大为60x75x10mm,充入10ml浓缩甲醇可支持多达60小时的音频播放。东芝的DMFC技术适用于小型燃料电池、采用浓缩甲醇解决方(上接第260页)xlsheetClls(1, 1="abc' '给单元格1行驶列赋值以从SQL数据库直接输出。本系统采用从VB中输出成EXCLE文件的Endif方法。系统中已事先做好-个与VB对应的EXCLE文件，用户在用查3系统的扩展询方式打开需输出的项目后，点击输出，所需数据会以EXCLE文件方本系统目前的功能设定在设备维护管理方面，其实他的功能实现式显示，再将文件另存到用户指定的目录中即可。而输出的程序如下:的方法在生产管理的各个方面都是可以应用的。而扩展的方法也并不困DimxlAppAsExcelApplication'定义EXCEL类难，只需在现有的系统中加入所需的页面窗口，而功能与原系统中的实Dimx!Book AsExcelWorkbook'定义工件簿类现方式相识，开发难度也不大。所以根据生产的需要，本系统还有着很DimxlsheetAsExcel!Worksheet'定义工作表类大的扩展空间的。PrivateSubCommand1_ Clicko'打开EXCEL过程IfDirfDAtemplexcelbz)="Then' 判断EXCEL是否打开SetxlApp =CreateObjectExcelApplication"'创建EXCEL应用类XlAp.Visible=True'设置EXCEL可见[1]梁音选新煸Visual Basic程序设计教程北京电子工业出版社.2002.Set xIBook = xIApp.Workbooks.Open(DX.tempbbxls)'打开(2)]刘纳文精通Visual Basic 6.0中文版北京电子工业出版社,1998.EXCEL工作簿Setxlsheet=xlBookWorksheets(1)'打开EXCEL工作表xlsheetActivate'激活工作表262呼秀数搪)