（Direct methanol fuel cells 簡寫DMFC）是直接利用甲醇水溶液為燃料，氧或空氣作為氧化劑的一種新型燃料電池。由于甲醇在室溫下為液態，具有很高的能量密度，并且價格便宜，可以直接從石油、天然氣、煤等原料中獲得，而不需要像間接甲醇燃料電池那樣進行燃料重整，簡化了重整設備；此外，在燃料獲取中能量損耗少，系統效率高。

目錄

直接甲醇燃料電池的工作原理

直接甲醇燃料電池的特點

直接甲醇燃料電池的優點

直接甲醇燃料電池影響性能的因素

直接甲醇燃料電池的國內研究現狀

直接甲醇燃料電池面臨的問題

直接甲醇燃料電池的工作原理

直接甲醇燃料電池是一種聚合物電池，它的工作原理是：在陽極區，負極活性物質甲醇水溶液經陽極流場板均勻分配后，通過陽極擴散層擴散并進入陽極催化層中（即陽極電化學活性反應區域），在碳載鉑釕電催化劑的作用下發生電化學氧化反應，生成質子、電子和二氧化碳。產生的質子通過全氟磺酸膜聚合物電解質遷移到陰極，電子通過外電路傳遞到陰極，二氧化碳在酸性電解質幫助下從陽極出口排出；陰極區，正極活性物質氧氣或空氣經陰極流場板均勻配后，通過陰極擴散層擴散并進入陰極催化層中（即陰電化學活性反應區域），在碳載鉑釕電催化劑的作用下與從陽極遷移過來的質子發生電化學還原反應生成水隨反應尾氣從陰極出口排出。其電極反應如下：

陽極反應：ＣＨ3ＯＨ+Ｈ2Ｏ→ＣＯ2+6Ｈ++6ｅ；

陰極反應：3/2Ｏ2+6Ｈ++6ｅ→3Ｈ2Ｏ；

總反應：ＣＨ3ＯＨ+3/2Ｏ2→ＣＯ2+3Ｈ2Ｏ。

與二次電池不同，微型直接甲醇燃料電池只要保持連續的甲醇燃料和氧化劑供給，就會有源源不斷的電子通過外部電路從陽極流向陰極產生電能，并對外供電。

直接甲醇燃料電池的特點

直接甲醇燃料電池的特點是：

1）能量轉化效率高，達60%～80%,不受“卡諾循環”限制；

2）環保。燃料電池的產物主要是水及少量二氧化碳，且噪音小；

3）比能量高。直接甲醇燃料電池質量比能量和體積比能量分別達到6000Ｗｈ/ｋｇ和4800Ｗｈ/Ｌ，遠高于蓄電池

的比能量。

直接甲醇燃料電池的優點

直接甲醇燃料電池具有能量轉化效率高，可靠性強，質能比高，清潔，易啟動，無噪音，低輻射，隱蔽性強，模塊化結構，靈活方便，可水、電、熱聯供等優點。

直接甲醇燃料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、膜是質子交換膜，其質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，會產生混合電勢影響效率）。

直接甲醇燃料電池的國內研究現狀

我國在直接甲醇燃料電池研究方面起步較晚。中國科學院大連化學物理研究所推出了應用于小型風扇、ＰＤＡ、玩具車以及手機用直接甲醇燃料電池實驗演示原型。該所還采用物理氣相沉積法在硅片表面沉積金屬復合層作為集流體，有效降低了ＭＥＭＳ微型燃料電池的內阻。清華大學微電子研究所對以多孔硅為基礎的ＭＥＭＳ微型燃料電池進行了深入研究。中國科學院上海微系統與信息技術研究所對微型燃料電池的電池結構、封裝、系統集成等方面的研究也取得了較好的進展。

直接甲醇燃料電池面臨的問題

直接甲醇燃料電池雖然最有可能補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）技術上，催化劑的低活性和甲醇的滲透2個關鍵技術問題阻礙著微型直接甲醇燃料電池的發展和應用，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，直接甲醇燃料電池的發展趨勢是微型化、集成化和高能化，但是，由于目前燃料電池還未產業化，各種電池零部件的加工有時還達不到設計精度的要求，甚至無法規模加工。同時，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，直接甲醇燃料電池所需的催化劑、電解質膜、極板等材料價格昂貴，制備和加工成本高。因此，要使直接甲醇燃料電池商業化并具有競爭力，就必須把電池生產成本降低到目前使用的蓄電池價格上甚至更低。

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