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直接甲醇燃料動(dòng)力電池分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1128次  |  2020年07月14日  

什么是直接甲醇燃料動(dòng)力電池?本文重要講了有關(guān)直接甲醇燃料動(dòng)力電池的內(nèi)容,包括:直接甲醇燃料動(dòng)力電池的工作原理,直接甲醇燃料動(dòng)力電池的優(yōu)缺點(diǎn),直接甲醇燃料動(dòng)力電池影響性能的因素,直接甲醇燃料動(dòng)力電池的國內(nèi)研究現(xiàn)狀,直接甲醇燃料動(dòng)力電池面對的問題。


直接甲醇燃料動(dòng)力電池(DirectMethanolFuelCell,DMFC)屬于質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池(protonExchangeMembraneFuelCell,pEMFC)中的類,直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源,而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發(fā)電。相較于質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池(pEMFC),直接甲醇燃料動(dòng)力電池(DMFC)具備低溫快速啟動(dòng)、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡單等特性。這使得直接甲醇燃料動(dòng)力電池(DMFC)可能成為未來便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。


一·、直接甲醇燃料動(dòng)力電池的工作原理


直接甲醇燃料動(dòng)力電池是質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池的一種變種,它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成二氧化碳,質(zhì)子(氫核或氫離子)和電子,如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池相同,質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜遷移往并在陰極與氧反應(yīng),而電子則通過外電路的負(fù)載到達(dá)陽極,并做功。


堿性條件


在負(fù)極:2CH3OH+16(OH-)-12(e–)→2(CO32-)+12(H2O)


在正極:3O2+12(e–)+6(H2O)→12(OH-)


總反應(yīng)式:2CH3OH+3O2+4(OH-)=2(CO32-)+6H2O


酸性條件


在負(fù)極:2(CH3OH)-12(e–)+2H2O→12H++2CO2


在正極:3O2+12(e-)+12H+→6H2O


總反應(yīng)式:2CH3OH+3O2=4H2O+2CO2


這種電池的期望工作溫度為120攝氏度以下,比標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池的運(yùn)行操作溫度略高,其效率大約是40%左右。


直接甲醇燃料動(dòng)力電池是質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池的一種變種,它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫離子,如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池相同,氫然后再與氧反應(yīng)。


二、直接甲醇燃料動(dòng)力電池的優(yōu)缺點(diǎn)


優(yōu)點(diǎn)


直接甲醇燃料動(dòng)力電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高,可靠性強(qiáng),質(zhì)能比高,清潔,易啟動(dòng),無噪音,低輻射,隱蔽性強(qiáng),模塊化結(jié)構(gòu),靈活方便,可水、電、熱聯(lián)供等優(yōu)點(diǎn)。


缺點(diǎn)


缺點(diǎn)是當(dāng)甲醇低溫轉(zhuǎn)換為氫和二氧化碳時(shí)要比常規(guī)的質(zhì)子交換膜燃料動(dòng)力電池要更多的白金催化劑。不過,這種新增的成本可以方便地使用液體燃料,無需進(jìn)行重整便能工作而相形見絀。直接甲醇燃料動(dòng)力電池使用的技術(shù)仍處于其發(fā)展的早期,但已成功地顯示出可以用作移動(dòng)電話和膝上型電腦的電源,將來還具有為指定的終端用戶使用的潛力。


三、直接甲醇燃料動(dòng)力電池影響性能的因素


1、陽極催化甲醇的電催化劑,一般來說陽極催化起始在0.4V左右,商業(yè)化使用的是ptRu/C催化劑,約存在0.2~0.4V的過電位,特別是在高電流情況下,過電位更高。


2、陰極氧還原催化劑,使用的pt/C催化劑,起始電位約在0.9V左右,存在0.3~0.6V過電位。催化活性還有很大程度的提高。


3、膜是質(zhì)子交換膜,其質(zhì)子交換能力也會影響效率,此外,甲醇的透過性也會影響催化,(甲醇透過膜到陰極后,會出現(xiàn)混合電勢影響效率)。


四、直接甲醇燃料動(dòng)力電池的國內(nèi)研究現(xiàn)狀


我國在直接甲醇燃料動(dòng)力電池研究方面起步較晚。我國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所推出了應(yīng)用于小型風(fēng)扇、pDA、玩具車以及手機(jī)用直接甲醇燃料動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)演示原型。該所還采用物理氣相沉積法在硅片表面沉積金屬復(fù)合層作為集流體,有效降低了MEMS微型燃料動(dòng)力電池的內(nèi)阻。清華大學(xué)微電子研究所對以多孔硅為基礎(chǔ)的MEMS微型燃料動(dòng)力電池進(jìn)行了深入研究。我國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所對微型燃料動(dòng)力電池的電池結(jié)構(gòu)、封裝、系統(tǒng)集成等方面的研究也取得了較好的進(jìn)展。


五、直接甲醇燃料動(dòng)力電池面對的問題


直接甲醇燃料動(dòng)力電池雖然最有可能補(bǔ)充和替代目前廣泛使用的蓄電池,但是也存在著許多問題:1)技術(shù)上,催化劑的低活性和甲醇的滲透2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題阻礙著微型直接甲醇燃料動(dòng)力電池的發(fā)展和應(yīng)用,特別是低溫條件下的甲醇陽極催化劑性能亟待提高;


2)制造上,直接甲醇燃料動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢是微型化、集成化和高能化,但是,由于目前燃料動(dòng)力電池還未產(chǎn)業(yè)化,各種電池零部件的加工有時(shí)還達(dá)不到設(shè)計(jì)精度的要求,甚至無法規(guī)模加工。同時(shí),電池的微型化、集成化勢必引起比能量的下降,這與提高電池比功率密度相矛盾。


3)成本上,直接甲醇燃料動(dòng)力電池所需的催化劑、電解質(zhì)膜、極板等材料價(jià)格昂貴,制備和加工成本高。因此,要使直接甲醇燃料動(dòng)力電池商業(yè)化并具有競爭力,就必須把電池生產(chǎn)成本降低到目前使用的蓄電池價(jià)格上甚至更低。以上就是直接甲醇燃料動(dòng)力電池的解析,希望能給大家?guī)椭?/p>

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