直接甲醇燃料电池(DMFC)属于质子交换膜燃料电池中的一类,是直接使用水溶液以及蒸气甲醇为燃料供给来源,而不需通过重整器重整甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。 1.直接甲醇燃料电池的结构与原理： 直接甲醇燃料电池主要由阳极、固体电解质膜和阴极构成。阳极和阴极分别由多孔结构的扩散层和催化剂层组成,通常使用不同疏水性、亲水性的炭黑和聚四氟乙烯作为直接甲醇燃料电池的阳极和阴极材料,如图4-23所示。 以甲醇为燃料,将甲醇和水混合物送至直接甲醇燃料电池阳极,在阳极甲醇直接发生电催化氧化反应生成CO2,并释放出电子和质子。阴极氧气发生电催化氧化还原反应,与阳极产生的质子反应生成水。电子从阳极经外电路转移至阴极形成直流电,工作温度为25～135℃。
2.直接甲醇燃料电池的特点：
直接甲醇燃料电池具有以下特点。
①甲醇来源丰富,价格低廉,储存和携带方便。
②与质子交换膜燃料电池相比,结构更简单,操作更方便,体积能量密度更高。
③与重整式甲醇燃料电池相比,它没有甲醇重整装置,重量更轻,体积更小,响应时间更快。
其缺点是当甲醇低温转换为氢和CO2时要比常规的质子交换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。
直接甲醇燃料电池使用的技术仍处于其发展中,但已成功地显示出可以用作移动电话和计算机的电源,将来可能成为可携式电子产品应用和交通器用电源的主流。
目前,车用燃料电池急需解决以下关键问题。
①提高车用燃料电池单位质量(或体积)、电流密度及功率,提高车辆所必需的快速启动和动力响应的能力。
②必须开发重量轻、体积更小、能储存更多氢能的车载氢储存器,以便更有效地利用燃料能量,提高续驶里程和载重量。
③必须解决好氢气的安全问题,在一定的条件下,氢气比汽油具有更大的危险性,所以无论采用什么储存方式,储存器及其安全措施都必须满足使用要求。
④电池组件必须采用积木化设计,开发有效的制造工艺,并进行高效的自动化生产，从而降低材料和制造费用。
⑤发展结构紧凑及性能可靠的质子交换膜燃料电池的同时开发应用其他燃料,像甲烷、柴油等驱动的质子交换膜燃料电池,这将会拓宽质子交换膜燃料电池的应用范围。
表4-2为6种燃料电池的主要特征参数比较。
