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直接甲醇燃料电池

2018-4-22 09:58| 发布者: dymodel| 查看: 144| 评论: 0|原作者: Energy

摘要: 觉得直接甲醇燃料电池不错,转过来与大家分享。 直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cells 简写DMFC)是直接利用甲醇水溶液为燃料,氧或空气作为氧化剂的一种新型燃料电池。 由于甲醇在室温下为液态,具有很 ...
觉得直接甲醇燃料电池不错,转过来与大家分享。
直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cells 简写DMFC)是直接利用甲醇水溶液为燃料,氧或空气作为氧化剂的一种新型燃料电池。
由于甲醇在室温下为液态,具有很高的能量密度,并且价格便宜,可以直接从石油、天然气、煤等原料中获得,而不需要像间接甲醇燃料电池那样进行燃料重整,简化了重整设备;此外,在燃料获取中能量损耗少,系统效率高。因此,在相同的功率密度下DMFC体积小、成本低,有望用于便携式电源和车用动力电源。DMFC集中了质子交换膜燃料电池的优点,是燃料电池未来发展的重要方向。
DMFC的研究虽然在近几年取得了显著成就,但是DMFC的性能和成本仍不能满足商业化的要求。阻碍DMFC发展的一个重要原因是常温下甲醇的氧化活性太低,通常催化活性高的铂对甲醇氧化
甲醇在电极上氧化为CO2需要传输6个电子,但是,6个电子同时传递是不太可能的。部分电子的传输导致一系列稳定的、可溶的中间产物的形成也是不太可能的。很明显,在铂电极催化剂表面上一定有表面吸附物质,也正是这些物质抑制了催化剂的活性。因此寻找能够改善催化剂活性、降低铂的用量且能够有效抗毒化的阳极催化剂在DMFC的研制中占据特殊的地位。
直接甲醇燃料电池对阳极电催化剂材料有3个基本要求:活性、稳定性、质子和电子导电性。对于铂基电催化剂,甲醇在阳极的氧化机理涉及到一系列的基元反应步骤,研究表明[1],其速控步骤是甲醇的第一步吸附脱氢(低温时)或反应中间物CO与吸附的羟基的反应(温度高于60℃),由于反应中间物CO或Pt- (CHO)ads是阻止甲醇进一步氧化的,其氧化需要在较高的过电位下进行,因此,电催化剂材料需要具有高的活性,即要求能在低过电位下氧化反应的中间物,现今通常采用加入各种金属元素对铂催化剂修饰,提高其活性;另外,基于电催化剂大多是贵金属,成本高,因此,要求电催化剂用量少而活性高。一个主要任务是减少铂族贵金属催化剂用量,现在的主要措施是选择导电性载体,比如石墨或导电聚合物等。国内外众多研究者将催化剂的金属微粒(如 Pt,Ru,Pd,Mo,W或Sn等)嵌入导电高聚物膜中,制成金属微粒修饰导电高聚物膜电极[2~4]。文献[5]发现铂微粒修饰聚苯胺膜电极对甲酸氧化的表观电流密度高达379mA/cm2,比铂盘电极高235倍。我们希望能用这种方法减少铂的用量。
所以,为了解决铂电极存在的问题,我们设想先在基体电极上聚合上一层聚合物,然后在上面沉积上铂微粒,这样就可以减少铂的用量,再在铂微粒上修饰上杂多酸(盐),减少甲醇氧化的中间产物对催化剂的毒化并提高电极对甲醇催化活性。从而研制出既高效催化又价格便宜的阳极电极。
如果能够成功研制出这样的一种对于甲醇具有高催化活性的修饰阳极,不仅对于甲醇等有机小分子在Pt等表面的氧化机理,分子过程等基础理论的研究具有借鉴价值,而且对于推动直接甲醇燃料电池的开发应用具有重要意义。同时推动杂多化合物在电化学方面的应用和发展,使其在更广泛的范围内展现其独特的催化性能。

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