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被动式微型直接甲醇燃料电池MEA阴极的研究与制备
摘要
微型直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种新型的电化学电源，具有高效率、高能量密度和环保等特点，在微电子器件、能源储存和移动电源等领域具有广泛的应用前景。MEA阴极是DMFC中的关键组成部分，其性能直接影响DMFC的输出性能和稳定性。本文针对被动式微型直接甲醇燃料电池MEA阴极的研究与制备进行了系统的综述。
关键词：微型直接甲醇燃料电池；MEA阴极；被动式；研究；制备
引言
微型直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种新型的电化学电源，由于其高效率、高能量密度、环保和安全等特点，已经成为当前研究热点和关注焦点。DMFC广泛应用于微型电子器件、能源储存和移动电源等领域。DMFC的性能和稳定性受到MEA阴极的影响，因此，MEA阴极的研究和制备是DMFC技术研究中的重点。
本文旨在对被动式微型直接甲醇燃料电池MEA阴极的研究与制备进行系统的综述，包括MEA阴极组成、制备工艺、性能测试等方面，并对当前存在的问题和发展趋势进行探讨。
1.被动式微型直接甲醇燃料电池
被动式微型直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种新型的燃料电池，其主要特点是不需要外部氢氧化钠（NaOH）溶液，而是直接使用甲醇水溶液（MeOH）作为电极反应物质，且其交换膜中不包含钠离子。
DMFC通常分为两种类型：主动型和被动型。被动式DMFC优点在于其系统简单、体积小、易于制备等，因此受到广泛关注。被动式DMFC的MEA阴极是其关键组成部分，其性能直接决定DMFC性能和稳定性。
2.MEA阴极组成
MEA阴极主要由催化剂层、承载层和氧气扩散层组成，其中催化剂层是最为重要的组成部分，它通过氧化还原反应使氧气参与电极反应。
催化剂层一般采用贵金属催化剂，如铂（Pt）、铂铱（Pt-Ir）等，也有研究采用非贵金属催化剂，如碳纳米管（CNTs）和羟基磷灰石（HAP）等。承载层一般采用碳纤维纸或聚酰亚胺（PI）等高温材料。氧气扩散层一般采用碳黑、PTFE等材料，能够扩散氧气到催化剂层，并防止液态甲醇直接接触催化剂层。
3.MEA阴极制备工艺
MEA阴极的制备工艺对于DMFC性能和稳定性具有直接的影响。MEA阴极制备通常分为三个步骤：催化剂的制备、催化剂层的制备和组装。
催化剂的制备主要包括沉积法、离子交换法、钝化法、电化学沉积法等。不同的制备方法能够获得不同形态、尺寸和组成的催化剂，进而影响MEA阴极反应性能。
催化剂层的制备主要分为机械分散法、液相分散法、热压法、溶胶凝胶法等。不同的制备方法能够获得不同的催化剂层形貌和结构，进而影响MEA阴极反应性能。
组装通常包括涂布法、喷雾法、丝网印刷法等。不同的组装方法能够获得不同的MEA阴极形貌和结构，进而影响DMFC性能和稳定性。
4.MEA阴极性能测试
MEA阴极的性能测试方法主要包括循环伏安法（CV）、环流法和交流阻抗法（EIS）等。
CV测试主要用于评估MEA阴极催化剂的氧化还原特性，如电极动力学、催化剂活性等。环流法主要用于评估MEA阴极的使用寿命和稳定性，如甲醇交叉穿透、过氧化氢生成等。EIS测试主要用于评估MEA阴极的电化学反应过程中的电阻和极化现象，如界面电阻、传质过程等。
5.结论和展望
MEA阴极是被动式微型直接甲醇燃料电池的一项关键技术。本文综述了MEA阴极的组成、制备工艺、性能测试等方面的研究进展。当前，MEA阴极的研究主要集中于催化剂的合理选择和制备、催化剂层和氧气扩散层的结构优化以及组装工艺的改进等方面。未来，随着新的材料、新的制备方法和新的测试技术的不断涌现，被动式微型直接甲醇燃料电池的性能和应用前景将不断得到提高和扩展。