直接甲醇燃料电池属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，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。相较于质子交换膜燃料电池(PEMFC) ，直接甲醇燃料电池 (DMFC) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池 (DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。

• 中文名称 甲醇燃料电池
• 外文名称 Direct Methanol Fuel Cell，DMFC
• 类型 电池
• 燃料 甲醇

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。

优势

　　体积小巧 燃料使用便利 洁净环保 理论能量比高

缺陷

　　能量转化率低 性能衰减快 成本高

技术困难

　　1.催化剂

　　采用贵金属纳米催化剂 ，成本高。活性及稳定性达不到理想要求

　　2.质子交换膜

　　杜邦公司Nafion膜甲醇透过很严重，造成燃料浪费，阴极混合电位，性能下降

　　3.电池集成

　　针对DMFC的集成技术还不完善

　　这种电池的期望工作温度为120℃，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳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。不过，这种增加的成本可以因方便地使用液体燃料和勿需进行重整便能工作而相形见绌。直接甲醇燃料电池使用的技术仍处于其发展的早期，但已成功地显示出可以用作移动电话和膝上型电脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力。

研究进展

在催化剂方面的研究进展

　　DMFC电极的电催化剂采用Pt/C、Pt-Ru/C或Pt黑、纯Pt-Ru黑。至今为止,在DMFC中广泛应用的阳极电催化剂是Pt-Ru/C或Pt-Ru黑,Pt与Ru原子比一般为1B1,阴极催化剂采用纳米级纯Pt黑河Pt/C。

在质子交换膜方面的研究进展

　　DMFC采用的质子交换膜为全氟磺酸膜,该膜用于DMFC的主要缺点是醇类经电迁移和扩散由膜的阳极侧迁移至阴极侧,导致在阴极产生混合电位,降低DMFC开路电压,增加阴极极化和燃料的消耗,降低DMFC的能力转化效率。为了克服上述缺点,国内外科学家一直在探索开发各种低透醇膜。

在水管理系统方面的研究进展

　　燃料电池充电器技术:在阴极采用通过化学反应产生的水,并能满足在阳极化学反应的需求。传统的电池技术中水管理依赖于复杂的Micro-plumbing,收集从阴极产生的水,然后循环、并与甲醇混合在阳极。燃料电池充电器技术简化了传统的产生能源的化学反应所需要的从阴极到阳极的所需水的方法,这项专有技术使得水能满足在水的产生到甲醇燃料电池的空气的内部转让的燃料过程中的需求,而内部水的流动是不需要任何复杂的再循环线路或其他工具。燃料电池充电器技术可减少在甲醇燃料电池中甲醇的用量,使得甲醇的使用效率达到100%。