直接甲醇燃料电池
全面解析直接甲醇燃料电池
全面解析直接甲醇燃料电池
今天小编要来为大家全面讲解下直接甲醇燃料电池。
直接甲醇燃料电池（DMFC）有很多优点，这使得它未来极有可能成为便携式产品的主流电源。
技术原理
DMFC以碳作为电池的阴极和阳极，而两个电池间则为具有渗透性的薄膜所构成。
其电解质为离子交换膜，薄膜的表面则涂有可以加速反应的触媒。
甲醇溶液透过阳极进入燃料电池，氧气则由阴极进入燃料电池。
经由触媒的作用使得甲醇所含的氢原子裂解成质子与电子，其中质子被氧吸引到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后到达阴极，跟氧形成水。
DMFC的化学反应如下：
阳极反应公式：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e
阴极反应公式：3/2O2+6H++6e→3H2O
全反应公式：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O
一个DMFC目前可以产生300-500毫瓦特每平方厘米。
增加电池的面积以及电池数量可以提供足够的车辆以及固定应用所需要的任何瓦特以至千瓦。
DMFC的操作温度范围则在合适的室温到80℃左右。
其效率大约是40%左右。
DMFC储存方便且成本低，启动速度亦很快。
DMFC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。
优点
DMFC直接使用甲醇为燃料，不需燃料的前期处理程序，这使得DMFC很容易微小化。
更重要的是DMFC通过特定的方法使甲醇和空气化学反应产生。
甲醇燃料电池
谢谢观看
DMFC的基本原理如图1所示：从阳极通入的甲醇在催化剂的作用下解离为质子，并释放出电子，质子通过质 子交换膜传输至阴极，与阴极的氧气结合生成水。在此过程中产生的电子通过外电路到达阴极，形成传输电流并 带动负载。
甲醇氧化涉及6电子转移，过程复杂缓慢。现场红外光谱检测发现甲醇在Pt电极上氧化的主要产物有CO、COH、 HCOH及H2COH8。为了提高阳极反应的速率，必须深入研究甲醇氧化机理，尤其是甲醇氧化过程中的速度控制步骤。 相关的研究较多，一般认为按双途径进行。认为其氧化过程分为两个基本步骤：
特点
阳极催化剂的研究和开发，主要着眼于两个方面，其一为高性能：包括高活性、可靠性和长寿命；其二为低 价格。
为提高阳极催化性能，应开发新的催化剂材料，包括贵金属和非贵金属催化剂。贵金属催化剂的开发，合金 化是主要的研究方向，通过快速的活性筛选，可以在商业化上得到突破。
另一个是载体的策略。快速发展的纳米技术，尤其是在碳纳米材料的开发上，可以开发出更多更稳定的、高 活性的催化剂载体，纳米颗粒作为载体的催化剂，是PEMFC和DMFC最有应用前景的催化剂材料。
DMFC阴极发生氧还原反应（ Oxygen Reduction Reaction，ORR），由于Pt及其合金催化剂对氧还原的催 化活性较高，因此是应用最普遍的阴极催化剂。氧气在Pt电极上的还原反应涉及多个电子的转移，可能包括多个 基元反应。 Worblowa等提出可能的氧还原过程为：
Pt+O2→Pt-O2 Pt-O2+H++e-→Pt-HO2 Pt-HO2+Pt→Pt-OH+Pt-O Pt-OH+Pt-O+3H++3e-→2Pt+2H2O
甲醇燃料电池
甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种利用甲醇作为燃料的电化学设备，它将甲醇的化学能直接转化为电能。
在甲醇燃料电池中，燃料（甲醇）在阳极被氧化产生电子和正离子，经过电解质膜（通常是质子交换膜）到达阴极，与氧气发生还原反应，生成水和二氧化碳。
熔融碳酸盐指的是用作甲醇燃料电池的电解质的一种类型。
熔融碳酸盐电解质通常是指碳酸盐在高温下熔化形成的液态电解质。
它可以在较高温度下工作，有助于提高甲醇的传导性能，提高甲醇燃料电池的效率。
综合两个半反应方程式，得到甲醇燃料电池的完整反应方程式：
这个方程式描述了甲醇在阳极被氧化产生二氧化碳和水，同时产生电子和正离子，经过电解质膜到达阴极，与氧气发生还原反应生成水。
DME名词解释
DME名词解释
DME，全称为Direct Methanol Fuel Cell，即直接甲醇燃料电池。
它是一种能够将甲醇和氧气直接转化为电能的环保型燃料电池。
DME的工作原理是通过将甲醇和氧气注入反应堆中，经过一系列化学反应后，产生电子、水和二氧化碳。
其中，甲醇在阳极处被氧化成为CO2和H+离子，并释放出电子；而在阴极处，氧气与H+离子结合生成水，并释放出电子。
这些电子在外部电路中流动形成电流，从而产生能量。
相比于传统的燃料电池技术，DME具有以下优点：首先是资源丰富，可以利用大量的甲醇作为燃料；其次是高效率、低排放、无噪音、可靠性高等特点；再次是不需要高纯度的燃料和复杂的处理系统，使得其生产成本较低；最后是DME还可以与其他能源技术相结合使用。
然而，DME也存在一些挑战。
首先是其输出功率较低，在实际应用中需要进行组串或并联以提高功率输出；其次是甲醇的储存、输送和加注等问题仍需要解决；再次是DME的生产成本较高，需要进一步降低成本以实现商业化应用。
总之，DME作为一种新型环保型燃料电池技术，具有广阔的应用前景和发展空间。
2023年直接甲醇型燃料电池行业市场发展现状
2023年直接甲醇型燃料电池行业市场发展现状直接甲醇型燃料电池（DMFC）是指将甲醇直接作为燃料进行氧化反应产生电能的一种燃料电池。
DMFC 具有体积小、重量轻、使用方便等优点，被广泛应用于便携式电子产品、汽车等领域。
本文将介绍 DMFC 行业市场发展现状。
一、DMFC 市场规模根据市场研究机构的预测，到 2025 年全球 DMFC 市场规模将超过 64 亿美元。
DMFC 技术目前主要应用于便携式电子产品，如手机、笔记本电脑等。
其中，手机是DMFC 技术的主要应用领域，其市场占比超过 90%。
未来，随着新能源汽车的推广和普及，DMFC 技术也将得到更广泛的应用。
二、DMFC 技术瓶颈DMFC 技术的主要瓶颈是功率密度和稳定性。
由于 DMFC 使用的是液态燃料，其功率密度较低，需要使用较大的电极面积才能获得足够的电能输出。
此外，由于甲醇反应产生的 CO2 可能会堵塞电极，导致电极的稳定性下降，因此需要采取相应的措施来解决这一问题。
三、DMFC 技术发展趋势1. 提高功率密度和稳定性为了提高 DMFC 技术的功率密度和稳定性，研究人员正在努力改进电极结构和催化剂材料，以减小电极尺寸、增大电极的表面积，并提高催化剂的活性和选择性，从而提高 DMFC 技术能够输出的电能。
2. 推广应用领域除了便携式电子产品，未来DMFC 技术也将得到更广泛的应用。
在新能源汽车领域，DMFC 技术受到了越来越多的关注。
DMFC 技术具有能量密度高、使用方便、不污染等优点，未来有望在轻型车、轻型卡车和商用车等领域得到广泛的应用。
四、DMFC 市场竞争格局目前，全球 DMFC 行业的市场竞争格局比较分散，主要由来自美国、日本、韩国、德国、英国和中国等国家和地区的企业构成。
其中，通用电气、可乐能源、索尼等企业在 DMFC 技术上的研发和应用方面处于领先地位。
此外，新兴的企业也在 DMFC 技术上投入了大量的研发资金和人力，目前正在积极拓展市场。
2024年直接甲醇燃料电池市场规模分析
2024年直接甲醇燃料电池市场规模分析直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种基于低温燃料电池技术的电力发生设备。
它以直接将甲醇燃料转化为电能的方式工作，相较于传统内燃机，DMFC具备高效、清洁、可再生等优势。
本文将对直接甲醇燃料电池市场规模进行分析。
1. 市场概述随着对可再生能源需求的日益增长，以及环境污染问题的加剧，直接甲醇燃料电池市场呈现出快速增长的趋势。
DMFC可以广泛应用于小型电子设备、移动通信设备、汽车等领域，其具备高能量密度、无污染排放、低噪音等特点，因而得到了广泛的关注。
2. 市场驱动因素直接甲醇燃料电池市场的快速发展受到了以下几个因素的推动：2.1 可再生能源需求增长随着全球对可再生能源的需求增长，DMFC作为一种可再生能源转换设备，成为了替代传统能源的重要选择之一。
2.2 环境意识提升环境污染问题的不断加剧，使得人们对清洁能源的需求日益增长。
直接甲醇燃料电池作为一种低污染、高效能源转换技术，受到了环保意识的推动。
2.3 政府政策支持各国政府纷纷出台了支持可再生能源发展的政策，包括直接甲醇燃料电池领域。
政策的支持为直接甲醇燃料电池市场提供了良好的发展环境。
3. 市场规模分析3.1 市场规模及增长趋势目前，直接甲醇燃料电池市场规模较小，但呈现出快速增长的态势。
据市场研究机构统计，2019年全球直接甲醇燃料电池市场规模为X亿元，预计到2025年将达到Y亿元，年复合增长率为Z%。
3.2 市场应用领域直接甲醇燃料电池广泛应用于以下领域：•小型电子设备：如便携式充电器、手持终端设备等。
•移动通信设备：如智能手机、平板电脑等。
•汽车领域：包括个人轿车、公共交通工具等。
3.3 市场竞争格局目前，直接甲醇燃料电池市场竞争较为激烈，主要的竞争企业包括A公司、B公司、C公司等。
这些企业在技术研发、产品质量、市场拓展等方面展开激烈的竞争。
4. 市场发展前景直接甲醇燃料电池市场在未来具有较好的发展前景。
随着科技创新和市场需求的不断提升，DMFC的技术和性能将继续改善。
直接甲醇燃料电池质子交换膜
直接甲醇燃料电池质子交换膜大家好！今天咱们来聊聊一个跟咱们日常生活息息相关的话题——甲醇燃料电池，尤其是它的核心部分——质子交换膜。
嗯，听起来好像挺高大上的样子，但其实并没有你想象的那么复杂。
别着急，咱们一步步来。
你知道吗？如果咱们的汽车或者电动工具能用上这种燃料电池，那简直就是给地球减负呢，既环保又省心！好啦，别急，我给你们讲讲这背后的故事。
先说甲醇燃料电池吧。
这个名字听起来是不是有点像科幻片里的东西？它的工作原理一点也不神秘。
简单来说，甲醇燃料电池通过甲醇跟水反应来产生电能。
想象一下，你家里的电池不仅能提供电力，而且几乎没有污染，厉害吧？这不光能用在车上，手机、笔记本、甚至一些家用电器都能借助这种技术来提高续航。
而咱们今天要重点聊的，就是其中一个小小的但超级重要的部分——质子交换膜。
那质子交换膜到底是啥呢？其实就是电池中的“大功臣”。
它的工作是把电池两边的氢离子（其实就是质子）分开，让它们能顺利地穿过膜，同时还能隔离电子的“跑偏”。
这么一听，是不是有点像是给电池装了一个隐形的“保镖”？没错，就是这么神奇。
它保证了反应过程既高效又稳定，最终才有了咱们需要的电流。
就像是你吃饭时，不会随便把蔬菜和肉混在一起一样，这膜就是把该分开的东西分开，避免搞混。
别小看这个膜，虽然它看起来不起眼，但它可是整个电池系统中最关键的部分。
而且你知道吗，质子交换膜的工作环境可不简单。
它得在高温、高湿，甚至一些非常严苛的条件下运行。
想象一下，你的手机电池如果在这样的环境下工作，恐怕早就“罢工”了。
但是甲醇燃料电池的膜就像个“百毒不侵”的超级英雄，能在各种极限条件下都保持稳定。
多强大！所以，研发这种膜的材料，背后可是有大把大把的脑力和努力。
说到这里，咱们就得聊聊膜的材料了。
别看它这么“强大”，实际上它的组成材料可谓是五花八门。
从最早的离子交换树脂，到如今的一些新型的膜材料，都经历了不少的“升级”。
就像是咱们生活中的手机一样，从最初的大砖块到现在的薄而轻巧，科技进步的速度真是让人眼花缭乱。
2024年直接甲醇燃料电池市场前景分析
直接甲醇燃料电池市场前景分析引言直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种以甲醇作为燃料、通过化学反应直接将甲醇转化为电能的设备。
相比传统燃料电池，DMFC具有体积小、重量轻、启动快、维护简单等优点，因此受到了广泛关注。
本文将对直接甲醇燃料电池市场的前景进行分析。
市场规模和趋势据市场调研数据显示，直接甲醇燃料电池市场正呈现快速增长的趋势。
预计到2025年，全球直接甲醇燃料电池市场规模将达到XX亿美元。
这主要得益于DMFC 技术的不断成熟和应用领域的扩大。
应用领域1. 便携式设备直接甲醇燃料电池在便携式设备领域有广泛的应用前景。
由于DMFC具有高能量密度、快速启动和长续航等优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和无人机等便携式设备，为这些设备提供持久的电力支持。
2. 交通运输直接甲醇燃料电池在交通运输领域也有很大的潜力。
DMFC可以作为汽车和船舶的动力源，提供零排放、高效能的驱动系统。
近年来，许多汽车和船舶制造商已经开始研发和应用DMFC技术，以满足对环保和节能要求的增长。
3. 独立电力系统直接甲醇燃料电池还可以应用于独立电力系统中，如远程地区的电力供应、移动发电设备等。
由于DMFC具有排放低、噪音小、维护简单等特点，因此在一些偏远地区和交通不便的地方具有广泛的应用前景。
优势和挑战优势•高能量密度：DMFC相比其他燃料电池具有更高的能量密度，使其在便携式设备等领域具有竞争优势。
•快速启动：DMFC可以在短时间内启动并输出电能，满足用户对电力供应的即时需求。
•简单维护：由于DMFC无须使用传统燃料电池中复杂的氢气储存和供应系统，维护更加简单方便。
挑战•成本高：目前直接甲醇燃料电池的制造成本较高，限制了其在大规模应用中的竞争力。
•资源限制：甲醇作为燃料需要在生产和储存过程中消耗大量的化石能源，面临资源限制和环境问题。
•市场竞争：与其他燃料电池技术和新兴能源技术相比，直接甲醇燃料电池面临激烈的市场竞争。
发展趋势1. 技术改进随着对DMFC技术的不断研究和改进，其性能将进一步提高，成本逐渐下降，有望在更广泛的领域得到应用。
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K. Kanamura, Prof. Tokyo Metropolitan University,
@ Small Fuel Cell 2003
Value proposition for a fuel cell powered device: Wh
Energy density, operating time, instant re-fuel Example: remote laptop power consumption
Would you productivity increase by having one of those? How much would you like to pay for it? Is carrying a cartridge okay?
Samsung - SAIT
2003 2004 2004
Mark hampden-Smith, Superior MicroPowders @ Small Fuel Cells 2003
Methanol fuel cell
Power Range and Operating Temperatures Range of Fuel Cells Power Range
DMFC for notebook PC (2)
Output: 13W (20 W peak), 15 V, 10 hr operation Weight: 1200 g (with fuel cartridge) Size: 27 x 7 x 5.5 cm Fuel: 100 ml MeOH
東芝新款燃料電池手機僅厚17mm(2008)
Toshiba
Prototype passive DMFC (wearable thumb size power source)
Output: 100mW, 20 hrs MP3 Weight: 8.5 g (with fuel cartridge) Size: 2.2 x 5.6 x 0.45 cm Fuel: 2 ml 99.5 % MeOH
Stack Layout Power
Planar Stack
mW
手機, PDA
W
KW
MW
不斷電系統 熱電共生系統 交通工具 分散式發電
Applications
數位相機, 筆記型電腦 小型交通工具, 可攜式電源
Market Survey
G. Grawley, “Fuel Cell Today Market Survey: Portable Applications”, from
http://big5.nikkeibp.co.jp/china/news/edit/mobi200802190125.html
東芝在Mobile World Congress 2008的會場上﹐展出了內置燃料電池的折疊式 手機。這是一款以KDDI(au)的手機「W55T」為原型、嵌入了超薄燃料電池 的手機試製品﹐此次在MWC上的展示是首次亮相。 折疊時的厚度為 17.5mm﹐相對於W55T的9.9mm來說加厚7.6mm左右即可。「終於實現了如 此薄的厚度。這一厚度十分接近現行的普通手機」(東芝)。 燃料電池的燃料採用甲醇。是向燃料極供應直接甲醇的直接甲醇(Direct Methanol)方式。試製品中設有燃料表﹐可通過目測確認燃料餘料。至於能夠 容納多少燃料﹐尚未公佈。 不過﹐「填充一次燃料﹐可確保約為普通手機2 倍的驅動時間」。試製品的重量方面﹐填充完燃料後為150g～160g左右。
400 300 200 100 0 0
NiNi-Cd MH Lead acid Li ion Plastic Li ion
Li metal (unsafe)
ENERGY DENSITY (Wh/liter)
1000 800 600 400
50
100Leabharlann 150200250
ENERGY DENSITY (Wh/kg)
1W 10 W 100 W 1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW
DMFC
PEMFC
AFC PAFC MCFC SOFC
Operating Temperature
AFC PEMFC DMFC PAFC MCFC
SOFC 1000 oC
100 200
500
Applications and Stack Layout
Fuel Cell and Its Polarization Curve
1.4 1.2
Voltage, Cell Loss, V V Voltage
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.5
Cell
A V
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Current, A A Current,
疊堆式電池組 – 燃料流程
3M
24W (2x12W), 10 hr
hybrid with 20 W NiCd
平面式設計 - 1
Motolora Inc. (2000), US Patent 6,127,058
燃料
電子連接器
空氣
陽極 薄膜 陰極
J. Power Sources, 93 (2001) 25
Slope concentration of fuel and kind of fuel
1000
batteries
Intercept fuel cell volume
Cell volume /cm3
800 600 400 200 0 0 50
FC1 FC2
100
150
200
250
300
Energy / Wh
Stack size: 180 cc Stack power: 25 W Fuel: 0.02 slm, 1M MeOH Air: 2 slm air Temp: 35 C Capacity: 100Wh
2005
MTI
Military Fuel Cell prototype powerpack in military battery (BA5590) form factor powering Harris Corp’s Falcon II Tactical Radio.
Load 6e
-
CO2
6e
-
6H+ 6H CH3OH + H2O
+
A AMEA MEAcontains: contains: Cathode Cathode ••cathode cathodedifusion difusionlayer layer ••cathode cathodecatalyst catalystlayer layer Anode Anode ••anode anodediffusion diffusionlayer layer 3/2 O2 ••anode anodecatalyst catalystlayer layer Air in Proton exchange membrane Proton exchange membrane 3 H2O
Industrial Mobion power pack integrated into Intermec Technologies’ portable Radio Frequency Identification (RFID) reader with methanol fuel refill cartridge. Debuted November 2004 Cartridge: 100% MeOH Power out: 1W Energy: 35 Wh (present battery is 8 Wh)
Small size active type (1W) for cell phone
Output: 1W, 20 hrs (25 cc fuel), equal to 6 LIB (3.7V, 600 mAh) Weight: 130 g (with fuel cartridge) Size: 10 x 6 x 3 cm (140 cc) Cartridge size: 3 x 6 x 2 cm Fuel: concentrated MeOH
Cathode
Electrode potential
Membrane (electrolyte)
Critical issues: needs 2W/3790 mAh for 4 G mobile phone MP3/game/VCD/cellphone/Bell function for 4G 2000 mAh, 300 Wh/L more is fuel cell competing edge (15 - 17M MeOH)
Laptop battery Small Large Weight, g Output voltage, V mAh Wh Wh/kg
200 275
14.8 14.8
1400 2600
20.7 38.5
103.6 140
Li-ion battery
275 g 255 g
275 g
275 g
825 g 315 g
Anode Membrane Cathode MEA Direct Methanol Fuel Cell
Energy Density of Fuel cell
Value proposition for a fuel cell powered device: WH
500
ENERGY DENSITY (WH/liter)
電池組結構的分類
平面式 (Planar)
疊堆式 (Stack)
由於攜帶式電子產品的特色為輕薄小，因此電池組設計亦朝 輕薄小方面著手。 攜帶式電子產品所用的疊堆式電池組有異於大型電廠的疊堆 式電池組。