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(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，直接甲醇燃料動(dòng)力電池面對(duì)的問(wèn)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(lèi)，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來(lái)源，而不需通過(guò)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(jiǎn)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(lái)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(yáng)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(guò)質(zhì)子交換膜遷移往并在陰極與氧反應(yīng)，而電子則通過(guò)外電路的負(fù)載到達(dá)陽(yáng)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(yáng)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(wú)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(guò)，這種新增的成本可以方便地使用液體燃料，無(wú)需進(jìn)行重整便能工作而相形見(jiàn)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(huà)和膝上型電腦的電源，將來(lái)還具有為指定的終端用戶(hù)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(yáng)極催化甲醇的電催化劑，一般來(lái)說(shuō)陽(yáng)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(guò)電位，特別是在高電流情況下，過(guò)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(guò)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(huì)影響效率，此外，甲醇的透過(guò)性也會(huì)影響催化，（甲醇透過(guò)膜到陰極后，會(huì)出現(xiàn)混合電勢(shì)影響效率）。

四、直接甲醇燃料動(dòng)力電池的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在直接甲醇燃料動(dòng)力電池研究方面起步較晚。我國(guó)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(chē)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?gòu)?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(duì)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(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所對(duì)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(duì)的問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(yáng)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(shì)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(wú)法規(guī)模加工。同時(shí)，電池的微型化、集成化勢(shì)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(jìng)爭(zhēng)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。