直接甲醇燃料電池

直接甲醇燃料電池

直接甲醇燃料電池 (Direct-methanol fuel cells，簡稱 DMFCs) 是質子交換膜燃料電池的一種，使用甲醇（分子式：CH₃OH）作為發電的燃料。直接甲醇燃料電池主要的優點，在於甲醇便於攜帶、高能源密度、在各種環境下都保持液態，並且不需要如間接式燃料電池需要複雜的汽化產生氫氣的過程。由於發電效率普遍不高，因此主要針對的目標為攜帶式的應用，這種情況下能量與功率密度要求高於發電效率。

更有效的版本的直接型燃料電池，在理論使用甲醇作為一般的能量傳輸介質在假設中的甲醇經濟將起到關鍵的作用。

歷史

在1990年，超強酸專家蘇里亞·普拉卡什博士，和諾貝爾化學獎獲得者喬治·安德魯·歐拉博士，在南加州大學的洛克爾碳氫化合物研究所，發明了一種燃料電池，能直接把甲醇轉換電力。南加州大學與噴氣推進實驗室（JPL）合作努力進行發明把液態烴直接氧化，隨後創造了直接甲醇燃料電池（DMFC），直接甲醇燃料電池技術。

應用

目前的直接甲醇燃料電池被在它們能產生電力所限制，但它們仍可以在一個小空間中存儲高能量含量。這意味著它們可以在一段長的時期產生少量的電力。這使得它們不適合用於驅動大型車輛（至少直接），但非常適合小型車輛，如叉車和tuggers和消費品，如手機，數位相機或筆記型電腦。直接甲醇燃料電池的軍事應用是一個新興的應用，因為它們具有低噪聲和熱特徵，無任何毒流出物。這些應用包括單兵攜帶戰術裝備電源，電池充電器電源，以及用於測試和訓練儀器的自主電源。已有的電池單元可提供從25瓦​到​5千瓦之間的輸出功率，與在補充燃料之間長達100小時的持續時間。

甲醇

在大氣壓下從-97.0℃至64.7℃溫度範圍，甲醇是一種液體。甲醇的能量密度是大於即使是高度壓縮氫氣的一個數量級以上，還是鋰離子電池的15倍以上。

甲醇是有毒性和易燃。但是，國際民航組織（ICAO）危險品專家組（DGP）於2005年11月投票，允許乘客攜帶和使用的微型燃料電池和甲醇燃料盒搭乘飛機，給筆記本電腦和其他消費電子設備提供電源。2007年9月24日，美國運輸部發出建議允許航空乘客攜帶燃料電池盒搭乘飛機。2008年4月30日，交通運輸部發布的最終裁決，允許乘客和機組人員攜帶批准的燃料電池與已安裝甲醇盒和兩個額外的備用盒。值得一提的是，在終裁允許的200毫升最大甲醇盒體積是運輸安全管理局所允許手提行李中的液體100毫升限制的雙倍。

反應

直接甲醇燃料電池(DMFC)依賴在催化劑層產生甲醇的氧化，以形成二氧化碳。水在陽極上被消耗，並且水在陰極上被產生。 質子（H +）被輸送穿過質子交換膜到達陰極，在那裡它們與氧氣反應產生水。質子交換膜通常用Nafion來製造。電子通過外部電路從陽極被輸送到陰極，從而提供電力到連接的設備上。

半反應是：

	方程式
陽極	$\mathrm {CH_{3}OH+H_{2}O\to 6\ H^{+}+6\ e^{-}+CO_{2}}$ 氧化反應
陰極	$\mathrm {{\frac {3}{2}}O_{2}+6\ H^{+}+6\ e^{-}\to 3\ H_{2}O}$ 還原反應
總反應	$\mathrm {CH_{3}OH+{\frac {3}{2}}O_{2}\to 2\ H_{2}O+CO_{2}}$ 氧化還原反應

甲醇和水被吸附在通常是由鉑和釕的顆粒催化劑上，並使它們失去質子，直至二氧化碳形成。當水在陽極上反應被消耗後，在不提供水的情況下純甲醇無法被使用。水的提供是通過或者是被動運輸例如反向擴散作用（滲透），或者是主動運輸例如泵送。對水的需求限制了燃料的能量密度。

參看

• 燃料電池
• 甲醇經濟

延伸閱讀

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

外部連結

• （英文）今日燃料電池。一個對燃料電池發展的新聞和文章的網際網路入口網站
• （英文）12th Small Fuel Cells. Annual conference on portable fuel cell technology developments （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）