微型直接甲醇燃料电池发展进程
2009-12-24 10:48:42
来源：一大把网站
近年来由于可携式电子产品市场的蓬勃发展，创造出庞大的电池市场商机，加以既有的各类二次电池有若干限制，使得微小型燃料电池被寄予厚望。本文将介绍微小型燃料电池的主要发展趋势，以及商品化的技术瓶颈和市场考虑。
近年来可携式电子产品快速发展，包括手机、笔记型计算机、个人数字助理（PDA），乃至数字相机及摄影机等，造就庞大的市场和商机；然而，随着产品功能的增强，系统对于电能的需求更高，一个小而轻、续电时间更长的电池，将是所有消费者一致的要求。
燃料电池的能量密度理论上可为锂离子电池的五至十倍以上（因不同系统而异），目前技术上已可达三至五倍；此外，燃料电池无须电源充电，完全摆脱充电的负担与限制，取而代之的补充供电燃料仅需数秒钟时间，为使用者提供极大的方便。因此，对微小型燃料电池而言，庞大的市场诱因和特性优势，势必大幅加速相关技术的成熟发展。
燃料电池种类繁多，最适合可携式微小型系统者，包括质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC）和直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell；DMFC），此二者皆能在室温下运作，具备体积小、重量轻、方便电池堆设计等优点。其中，直接甲醇燃料电池以液态甲醇为燃料，体积能量密度约为液态氢的三至四倍，储存与运送远较氢气方便及安全，且取得容易，成本低，因此更符合可携式电子产品的需求。此外，利用微型重组器（Micro Reformer）将甲醇转化产生氢气燃料，都是微小型燃料电池可能的发展方向；下文将着重在直接甲醇燃料电池（DMFC）的讨论上。
微型DMFC的工作原理是：在阳极区，负极活性物质甲醇水溶液经阳极流场板均匀分配后，通过阳极扩散层扩散并进入阳极催化层中(即阳极电化学活性反应区域)，在碳载铂钌电催化剂的作用下发生电化学氧化反应，生成质子、电子和二氧化碳。产生的质子通过全氟磺酸膜聚合物电解质迁移到阴极，电子通过外电路传递到阴极，二氧化碳在酸性电解质帮助下从阳极出口排出；阴极区，正极活性物质氧气或空气经阴极流场板均匀配后，通过阴极扩散层扩散并进入阴极催化层中(即阴电化学活性反应区域)，在碳载铂钌电催化剂的作用下与从阳极迁移过来的质子发生电化学还原反应生成水随反应尾气从阴极出口排出。其电极反应如下：
阳极反应：CH3OH H2O→CO2 6H 6e；
阴极反应：3/2O2 6H 6e→3H2O；
总反应：CH3OH 3/2O2→CO2 3H2O。
与二次电池不同，微型直接甲醇燃料电池只要保持连续的甲醇燃料和氧化剂供给，就会有源源不断的电子通过外部电路从阳极流向阴极产生电能，并对外供电。
近年来可携式电子产品快速发展，包括手机、笔记型计算机、个人数字助理（PDA），乃至数字相机及摄影机等，造就庞大的市场和商机；然而，随着产品功能的增强，系统对于电能的需求更高，一个小而轻、续电时间更长的电池，将是所有消费者一致的要求。
燃料电池的能量密度理论上可为锂离子电池的五至十倍以上（因不同系统而异），目前技术上已可达三至五倍；此外，燃料电池无须电源充电，完全摆脱充电的负担与限制，取而代之的补充供电燃料仅需数秒钟时间，为使用者提供极大的方便。因此，对微小型燃料电池而言，庞大的市场诱因和特性优势，势必大幅加速相关技术的成熟发展。
燃料电池种类繁多，最适合可携式微小型系统者，包括质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC）和直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell；DMFC），此二者皆能在室温下运作，具备体积小、重量轻、方便电池堆设计等优点。其中，直接甲醇燃料电池以液态甲醇为燃料，体积能量密度约为液态氢的三至四倍，储存与运送远较氢气方便及安全，且取得容易，成本低，因此更符合可携式电子产品的需求。此外，利用微型重组器（Micro Reformer）将甲醇转化产生氢气燃料，都是微小型燃料电池可能的发展方向；下文将着重在直接甲醇燃料电池（DMFC）的讨论上。
微型DMFC的工作原理是：在阳极区，负极活性物质甲醇水溶液经阳极流场板均匀分配后，通过阳极扩散层扩散并进入阳极催化层中(即阳极电化学活性反应区域)，在碳载铂钌电催化剂的作用下发生电化学氧化反应，生成质子、电子和二氧化碳。产生的质子通过全氟磺酸膜聚合物电解质迁移到阴极，电子通过外电路传递到阴极，二氧化碳在酸性电解质帮助下从阳极出口排出；阴极区，正极活性物质氧气或空气经阴极流场板均匀配后，通过阴极扩散层扩散并进入阴极催化层中(即阴电化学活性反应区域)，在碳载铂钌电催化剂的作用下与从阳极迁移过来的质子发生电化学还原反应生成水随反应尾气从阴极出口排出。其电极反应如下：
阳极反应：CH3OH H2O→CO2 6H 6e；
阴极反应：3/2O2 6H 6e→3H2O；
总反应：CH3OH 3/2O2→CO2 3H2O。
与二次电池不同，微型直接甲醇燃料电池只要保持连续的甲醇燃料和氧化剂供给，就会有源源不断的电子通过外部电路从阳极流向阴极产生电能，并对外供电。
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