甲醇燃料电池原理是什么

Question

如题所述

Answer 1

摘要：甲醇燃料电池是直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。其原理是甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。不过甲醇燃料电池也有不少技术难点，如催化剂催化效果不佳、质子交换膜透过率过高等。下面一起来看看介绍。甲醇燃料电池原理
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。
碱性条件总反应式：2CH4O+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
正极：O2+4e（-）+2H20→4OH（-）
负极：CH4O-6e（-）+8OH（-）→CO3（2-）+6H2O
酸性条件2CH4O+3O2→2CO2+4H2O
正极：O2+4e（-）+4H（+）→2H2O
负极：CH4O-6e（-）+H2O→6H（+）+CO2
在直接甲醇燃料电池的工作过程中，一定浓度的甲醇溶液从电池的阳极流场结构中通过，在液体的流动过程中，甲醇溶液经过阳极扩散层，至阳极催化层处被氧化。透过质子交换膜，作为反应产物的质子得以迁移到阴极一侧，电子则通过外电路由阳极向阴极传递，并在此过程中对外做功。同时，在阳极MEA中电解质的作用下，CO2气体以气泡的形式在阳极流场内随甲醇溶液排出。在电池的阴极一侧，阴极集流板流场结构均匀分配后的空气或氧气扩散进入阴极催化层，被来自阳极的质子电化学还原，生成的水蒸气或液态形式的水与反应尾气一起离开电池的阴极流场。
这种电池的期望工作温度为120℃以下，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢然后再与氧反应。
甲醇燃料电池技术难点
1、催化剂催化效果不佳
现在甲醇燃料电池所使用的催化剂为贵金属纳米催化剂，不但成本过高，而且活性和稳定性都不是很理想，目前又暂时找不到更好的代替催化剂，所以阻碍了甲醇燃料电池的进一步发展。
2、质子交换膜透过率过高
目前的质子交换膜甲醇透过很严重，这样便会造成燃料的浪费，自然整个电池的性能也会下降，达不到技术要求。
3、电池集成技术还不够先进
正是因为这三个原因，所以导致目前的甲醇燃料电池发展较慢，相较之下，氢燃料电池发展的速度就要比甲醇燃料电池快多了。