直接甲醇燃料电池

直接甲醇燃料电池

直接甲醇燃料电池 (Direct-methanol fuel cells，简称 DMFCs) 是质子交换膜燃料电池的一种，使用甲醇（分子式：CH₃OH）作为发电的燃料。直接甲醇燃料电池主要的优点，在于甲醇便于携带、高能源密度、在各种环境下都保持液态，并且不需要如间接式燃料电池需要复杂的汽化产生氢气的过程。由于发电效率普遍不高，因此主要针对的目标为携带式的应用，这种情况下能量与功率密度要求高于发电效率。

更有效的版本的直接型燃料电池，在理论使用甲醇作为一般的能量传输介质在假设中的甲醇经济将起到关键的作用。

历史

在1990年，超强酸专家苏里亚·普拉卡什博士，和诺贝尔化学奖获得者乔治·安德鲁·欧拉博士，在南加州大学的洛克尔碳氢化合物研究所，发明了一种燃料电池，能直接把甲醇转换电力。南加州大学与喷气推进实验室（JPL）合作努力进行发明把液态烃直接氧化，随后创造了直接甲醇燃料电池（DMFC），直接甲醇燃料电池技术。

应用

目前的直接甲醇燃料电池被在它们能产生电力所限制，但它们仍可以在一个小空间中存储高能量含量。这意味著它们可以在一段长的时期产生少量的电力。这使得它们不适合用于驱动大型车辆（至少直接），但非常适合小型车辆，如叉车和tuggers和消费品，如手机，数码相机或笔记型电脑。直接甲醇燃料电池的军事应用是一个新兴的应用，因为它们具有低噪声和热特征，无任何毒流出物。这些应用包括单兵携带战术装备电源，电池充电器电源，以及用于测试和训练仪器的自主电源。已有的电池单元可提供从25瓦​到​5千瓦之间的输出功率，与在补充燃料之间长达100小时的持续时间。

甲醇

在大气压下从-97.0℃至64.7℃温度范围，甲醇是一种液体。甲醇的能量密度是大于即使是高度压缩氢气的一个数量级以上，还是锂离子电池的15倍以上。

甲醇是有毒性和易燃。但是，国际民航组织（ICAO）危险品专家组（DGP）于2005年11月投票，允许乘客携带和使用的微型燃料电池和甲醇燃料盒搭乘飞机，给笔记本电脑和其他消费电子设备提供电源。2007年9月24日，美国运输部发出建议允许航空乘客携带燃料电池盒搭乘飞机。2008年4月30日，交通运输部发布的最终裁决，允许乘客和机组人员携带批准的燃料电池与已安装甲醇盒和两个额外的备用盒。值得一提的是，在终裁允许的200毫升最大甲醇盒体积是运输安全管理局所允许手提行李中的液体100毫升限制的双倍。

反应

直接甲醇燃料电池(DMFC)依赖在催化剂层产生甲醇的氧化，以形成二氧化碳。水在阳极上被消耗，并且水在阴极上被产生。 质子（H +）被输送穿过质子交换膜到达阴极，在那里它们与氧气反应产生水。质子交换膜通常用Nafion来制造。电子通过外部电路从阳极被输送到阴极，从而提供电力到连接的设备上。

半反应是：

	方程式
阳极	$\mathrm {CH_{3}OH+H_{2}O\to 6\ H^{+}+6\ e^{-}+CO_{2}}$ 氧化反应
阴极	$\mathrm {{\frac {3}{2}}O_{2}+6\ H^{+}+6\ e^{-}\to 3\ H_{2}O}$ 还原反应
总反应	$\mathrm {CH_{3}OH+{\frac {3}{2}}O_{2}\to 2\ H_{2}O+CO_{2}}$ 氧化还原反应

甲醇和水被吸附在通常是由铂和钌的颗粒催化剂上，并使它们失去质子，直至二氧化碳形成。当水在阳极上反应被消耗后，在不提供水的情况下纯甲醇无法被使用。水的提供是通过或者是被动运输例如反向扩散作用（渗透），或者是主动运输例如泵送。对水的需求限制了燃料的能量密度。

参看

• 燃料电池
• 甲醇经济

延伸阅读

• Merhoff, Henry and Helbig, Peter. Development and Fielding of a Direct Methanol Fuel Cell; ITEA Journal, March 2010

外部链接

• （英文）今日燃料电池。一个对燃料电池发展的新闻和文章的互联网门户网站
• （英文）12th Small Fuel Cells. Annual conference on portable fuel cell technology developments （页面存档备份，存于互联网档案馆）