微型直接甲醇燃料电池的研究现状及进展.doc

微型直接甲醇燃料电池的研究现状及进展
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第26卷第1期(总第101期)2007年3月
湿法冶金
HydrometallurgyofChina
Vol.26No.1(Sum.101)Mar.2007
微型直接甲醇燃料电池的研究现状及进展
林才顺,王新东,王淑燕,马立军
(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)
摘要:详细地介绍了国内外微型直接甲醇燃料电池的研究动态及最新进展,重点阐述了微型直接甲醇燃料电池的工作原理、设计结构、制备过程及性能,并简要分析了这种电池在发展过程中存在的问题和工业化前景。关键词:微型燃料电池;微型直接甲醇燃料电池;工业化;现状中图分类号:TM911.4文献标识码:A文章编号:100922617(2007)0120022203
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随着电子工业的快速发展,无线通讯设备和各类便携式消费类电子产品不断涌现并迅猛增长,对电池的需求量也在不断增加,同时对所配置的电池性能提出了更高要求。而目前普遍采用的镍镉、镍氢和锂离子电池等由于其制造技术基本成熟、性能发展空间越来越小,已经难以胜任电子产品发展的要求。因此,电子产品市场亟需一种容量更高、环境友好的新型电池来取代目前广泛使用的电池。微型直接甲醇燃料电池(DMFC)是直接利用甲醇水溶液作为燃料的一种质子交换膜燃料电池,体积小、重量轻、系统结构简单、能密度高富、价格低廉,储存携带方便,安全性高,而且还能够长时间连续提供电能、更换燃料方便,因而在手机、笔记本电脑、摄像机、个人数字助手以及医疗装置系统等小型民用电源和军事上的单兵携带电源、航天器电源、微电子机械系统电源等方面可以满足便携式电子设备日益提高的高能耗的需求,最有可能补充和替代目前广泛使用的蓄电池而成为理想的动力电源。因此,微型直接甲醇燃料电池的研究和开发正成为电化学和能源科学研究领域的一个主要方向和热点[324]。
收稿日期:2006209229
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阴极,二氧化碳在酸性电解质帮助下从阳极出口排出;在阴极区,正极活性物质氧气或空气经阴极流场板均匀分配后,通过阴极扩散层扩散并进入阴极催化层中(即阴极电化学活性反应区域),在碳载铂钌电催化剂的作用下,与从阳极迁移过来的质子发生电化学还原反应生成水,随反应尾气从阴极出口排出。其电极反应如下:阳极反应:CH3OH+H2O→2+6H++6e;CO阴极反应:3/2O2+6H++6e→H2O;3总反应:CH3OH+3/2O2→CO2+3H2O。与二次电池不同,微型直接甲醇燃料电池只要保持
,燃料来源丰
连续的甲醇燃料和氧化剂供给,就会有源源不断的电子通过外部电路从阳极流向阴极产生电能,并对外供电。微型直接甲醇燃料电池的特点是:1)能量转化效率高,达60%～80%,不受“卡诺循环”限制;2)环保。燃料电池的产物主要是水及少量二氧化碳,且噪音小;3)比能量高。DMFC质量比能量和体积比能量分别达到6000
Wh/kg和4800Wh/L,远高于蓄电池的比能量。
2DMFC的国内外研究现状
2.1国外研究现状
1DMFC的工作原理和特点
微型DMFC的工作原理
在美国,微型直接甲醇燃料电池的相关研究在某些
是:在阳极区,负极活性
物质甲醇水溶液经阳极流场板均匀分配后,通过阳极扩散层扩散并进入阳极催化层中(即阳极电化学活性反应区域),在碳载铂钌电催化剂的作用下发生电化学氧化反应,生成质子、电子和二氧化碳。产生的质子通过全氟磺酸膜聚合物电解质迁移到阴极,电子通过外电路传递到
作者简介:林才顺(1973-),男,湖南郴州人,博士研究生,主要从事电化学和燃料电池研究。
关键技术的研发中获得了大量专利[9214],并都向外界展公司最早提出手机电源用微型直接甲醇燃料电池,其核心技术在于电堆的非压滤式结构。采用一种类似印刷电路板的技术,在一块绝缘板上镶嵌膜电极,然后将各个膜电极在同一平面结构内进行串联构成电池组。该微型
示了所研制的微型燃料电池原型。ManhattanScientifics
第26卷第1期林才顺,等:微型直接甲醇燃料电池的研究现状及进展?23?
DMFC电池面积为5cm×13cm,当使用甲醇溶液作燃
料、空气作氧化剂时,可以使手机连续通话20h,是目前锂离子电池通话时间的10倍。美国MTIMicroFuelCells公司在微型质子交换膜燃料电池研究中取得了引人注目的成绩,分别在2001年、年、年发布了3代20022003微型DMFC样机,而且在2003年2月14日,美国总统布什还使用MTI公司的第三代燃料电池手机进行通话。其核心技术则是基于DMFC原理的MobionTM技术,采用该技术可有效克服甲醇渗透,使电池可输入高浓度甲醇,从而提高系统的比能量。目前,该公司获得了美国政