直接甲醇燃料电池实验报告
直接甲醇燃料电池先进阴、阳极催化材料研究及其在电源系统中的应用
直接甲醇燃料电池先进阴、阳极催化材料研究及其在电源系统中的应用篇一咱今天就唠唠这直接甲醇燃料电池的阴、阳极催化材料这档子事儿。
为啥要唠呢？因为这玩意儿太重要了！就好比咱做饭，这催化材料就像是那厉害的大厨，能把甲醇这“食材”高效地转化成电，让电源系统“吃得饱饱的”，有力气干活。
我记得有一次，我摆弄一个简易的电子小玩意儿，用的是普通电池。
没一会儿，电就用完了，那感觉就像正玩得高兴呢，突然被人叫回家写作业，扫兴得很。
当时我就想，这要是有个厉害的电源，能一直有电该多好。
后来了解到直接甲醇燃料电池，就好奇它咋就能这么厉害呢。
这阴极和阳极的催化材料，那可都是有讲究的。
阳极得能让甲醇顺利地把电子交出来，就像一个慷慨的人，把自己的宝贝（电子）拱手相送。
而阴极呢，得把那些电子好好地接收，再和氧气来一场完美的“约会”，生成水或者其他有用的东西。
比如说，有一种铂基的催化材料，在阳极上就挺能干的。
它就像一个经验丰富的工人，能快速地把甲醇分子拆开，让电子排着队跑出来。
但是吧，这铂这玩意儿，贵得很，就像那奢侈品，不是咱想用就能随便用的。
所以科学家们就琢磨啊，能不能找些便宜又好用的材料来代替铂呢？这就像是找一个性价比超高的员工，工资不用给太多，但活干得漂亮。
他们找了好多材料来试验，像过渡金属的化合物之类的。
有些材料一开始看着有戏，但是用着用着就发现问题了。
比如说有的在刚开始转化甲醇的时候，速度还挺快，但是没一会儿就像累了似的，转化效率越来越低。
这就好比一个人跑步，开头冲得猛，后面没力气了，掉链子。
在研究这些催化材料的时候，科学家们得用各种仪器去观察它们的一举一动。
就像看一个小孩做作业，得看看他是不是真的会做，有没有偷懒。
用显微镜看材料的微观结构，看那些原子是不是排列得整齐有序，有没有在好好工作。
有时候看到材料表面的一些小变化，就像发现小孩作业本上的一个小涂改，都得琢磨半天，这是不是影响它性能的关键因素呢？咱再说说这在电源系统中的应用。
封装压力对直接甲醇燃料电池性能影响研究的开题报告
封装压力对直接甲醇燃料电池性能影响研究的开题
报告
一、研究背景和意义
直接甲醇燃料电池作为一种新型的能源转换技术，在能量利用效率高、无公害排放等方面具有优势，因此备受关注。
研究表明，甲醇在高
压状态下更容易实现氧化还原反应，提高了直接甲醇燃料电池的电化学
性能。
在实际应用中，直接甲醇燃料电池的工作环境复杂，尤其在运输和
储存时会受到压力变化的影响，因此研究封装压力对直接甲醇燃料电池
性能的影响，有助于提高直接甲醇燃料电池的稳定性和可靠性。
因此，
本研究意义在于解决直接甲醇燃料电池在运输和储存过程中的优化问题，提高直接甲醇燃料电池的性能和使用寿命，为其在实际应用中广泛推广
提供理论和实践基础。
二、研究内容和方法
本研究将采用实验研究和数值模拟相结合的方法，探究封装压力对
直接甲醇燃料电池性能的影响。
具体内容如下：
1. 实验研究：通过搭建直接甲醇燃料电池实验系统，探究封装压力对直接甲醇燃料电池性能的影响，包括电池开路电压、电池内阻、电流
密度等指标。
2. 数值模拟：采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件，建立
直接甲醇燃料电池的数值模型，分别模拟不同的封装压力下直接甲醇燃
料电池的内部压力分布、甲醇传输、氧气传输情况。
三、预期成果和意义
本研究预期通过实验和数值模拟相结合的研究方法，探究封装压力
对直接甲醇燃料电池性能的影响，得出结论，提出相关优化方案。
结果
可以为直接甲醇燃料电池在运输和储存过程中的优化提供理论和实践基础，促进直接甲醇燃料电池的推广应用，推动新型能源技术的发展。
以石墨烯为载体制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究的开题报告
以石墨烯为载体制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究的开题报告一、研究背景及意义：近年来，直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）因其具有高效、高能量密度、低污染和无需氧气的优势，成为燃料电池领域的研究热点之一。
然而，DMFC的广泛应用受限于其电极催化剂的效率和稳定性，尤其是阳极催化剂。
因此，探索高效、稳定的阳极催化剂是DMFC的关键问题之一。
石墨烯是一种具有高导电率、高比表面积、高化学稳定性和优异的催化性能的材料，被广泛应用于电化学催化、储氢、传感、能源存储等领域。
利用石墨烯作为阳极催化剂载体可以提高DMFC阳极催化剂的催化活性和稳定性。
二、研究内容：本文旨在利用石墨烯作为载体，探究石墨烯基直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法及其催化性能。
具体内容包括：1. 石墨烯的制备方法研究：采用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）制备高质量的石墨烯，并通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）等手段对石墨烯进行表征和分析。
2. 甲醇氧化反应机理研究：通过对甲醇氧化反应的理论分析，探究石墨烯基催化剂的反应机理和催化机制。
3. 制备石墨烯基催化剂：采用简单的化学还原法将金属离子还原成相应的金属颗粒，并将其负载在石墨烯上。
对催化剂进行SEM、TEM、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）等手段进行表征和分析。
4. 催化性能研究：采用循环伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）和恒流电化学测试（Steady-state Amperometry, SSA）等方法测试制备的石墨烯基催化剂的催化活性和稳定性。
三、研究计划：第一年：石墨烯的制备和表征；甲醇氧化反应机理研究；金属离子还原和负载石墨烯的制备。
燃料电池材料实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解燃料电池的基本原理和结构。
2. 研究不同燃料电池材料（如催化剂、电解质等）的性能及其对燃料电池性能的影响。
3. 通过实验，验证理论知识和提高实验技能。
二、实验原理燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其工作原理是基于氧化还原反应。
燃料电池主要由燃料电极、空气电极、电解质和隔膜组成。
在燃料电池中，氢气在燃料电极上发生氧化反应，释放电子；氧气在空气电极上发生还原反应，接受电子。
电子通过外电路流动，产生电能。
三、实验材料与设备1. 实验材料：- 氢气- 氧气- 铂催化剂- 石墨电极- 碳纤维纸- 磷酸氢二铵溶液- 银网- 隔膜- 电解质- 电池测试仪- 烧杯- 烧瓶- 移液管- 滴定管- 电子天平2. 实验设备：- 燃料电池测试装置- 数据采集系统- 真空泵- 恒温水浴- 真空干燥箱四、实验步骤1. 准备燃料电池测试装置，包括燃料电极、空气电极、电解质和隔膜。
2. 将铂催化剂涂覆在石墨电极上，形成燃料电极。
3. 将银网涂覆在碳纤维纸上，形成空气电极。
4. 将磷酸氢二铵溶液作为电解质。
5. 将燃料电池测试装置组装好，连接电池测试仪和数据采集系统。
6. 向燃料电极注入氢气，向空气电极注入氧气。
7. 开始实验，记录电池的电压、电流和功率等数据。
8. 重复实验，比较不同催化剂、电解质和隔膜对燃料电池性能的影响。
五、实验结果与分析1. 实验数据：| 实验次数 | 催化剂 | 电解质 | 隔膜 | 电压(V) | 电流(A) | 功率(W) ||----------|--------|--------|------|----------|----------|----------|| 1 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.6 | 0.2 | 0.12 || 2 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜A | 0.5 | 0.3 | 0.15 || 3 | 铂 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.7 | 0.4 | 0.28 || 4 | 钌 | 磷酸氢二铵 | 隔膜B | 0.6 | 0.25 | 0.15 |2. 结果分析：- 铂催化剂在磷酸氢二铵电解质和隔膜A的条件下，电压和功率均高于钌催化剂。
直接甲醇燃料电池阴极碳载钯基催化剂的研究的开题报告
直接甲醇燃料电池阴极碳载钯基催化剂的研究的开题报告
一、选题背景和意义
随着全球经济的快速发展和能源消耗的不断增长，对可再生能源和清洁能源的需求越来越迫切。
直接甲醇燃料电池是一种具有广泛应用前景的绿色能源技术，其具有
高效率、低排放、可再生等优点，被广泛应用于移动电源、燃料电池车和无线感应器
等领域。
直接甲醇燃料电池的中心是催化剂，其质量和性能直接影响着燃料电池的性能和寿命。
由于甲醇的生成和存储都比较容易，使用甲醇作为电池燃料具有很大的潜力。
因此，针对直接甲醇燃料电池阴极碳载钯基催化剂的研究具有重要的理论和应用意义。
二、研究内容和方法
本研究将从以下几个方面展开：
1. 研究不同制备方法对碳载钯基催化剂性能的影响；
2. 优化催化剂的制备工艺，以提高催化剂的活性和稳定性；
3. 研究催化剂结构与性能之间的关系；
4. 构建直接甲醇燃料电池实验平台，研究催化剂在实际应用中的性能表现。
本研究将采用核磁共振技术、透射电子显微镜、X射线衍射等先进的分析手段对催化剂进行表征，并将采用电化学测试技术对催化剂进行评价。
三、预期结果
本研究预期可得到以下成果：
1. 制备出性能优良的碳载钯基催化剂；
2. 深刻理解催化剂结构与性能之间的联系；
3. 直接甲醇燃料电池的性能、寿命等方面得到有效提高。
四、研究意义
本研究对于推动直接甲醇燃料电池的发展和应用，提高催化剂的性能和稳定性，推进清洁能源技术研究等方面都具有重要的理论和应用价值。
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》范文
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，寻找高效、清洁的可再生能源成为研究的重点。
其中，直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种具有潜力的高效、清洁的能源转换装置，其性能的优化和提升一直是研究的热点。
在DMFC中，阴极催化剂的性能对电池的输出性能起着至关重要的作用。
近年来，基于氧化锰的阴极催化剂因其良好的催化活性和稳定性，成为了研究的焦点。
本文将针对基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂进行研究，探讨其性能优化和改进。
二、氧化锰阴极催化剂的研究现状氧化锰因其独特的物理化学性质，如高催化活性、良好的稳定性和低成本等，被广泛用于DMFC阴极催化剂。
然而，氧化锰的催化活性受到诸多因素的影响，如比表面积、晶体结构、表面性质等。
目前的研究主要围绕这些因素展开，试图提高氧化锰催化剂的活性。
三、催化剂的制备与性能评价本文首先采用不同的制备方法制备了不同形态和结构的氧化锰催化剂。
通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对催化剂的形态和结构进行表征。
然后，将制备好的催化剂用于DMFC阴极，评价其电化学性能。
通过循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）等电化学测试手段，研究催化剂的催化活性、稳定性和抗甲醇渗透性能。
四、结果与讨论1. 催化剂的表征结果通过XRD和SEM等手段对制备的氧化锰催化剂进行表征，结果表明，不同制备方法得到的氧化锰催化剂具有不同的形态和结构。
其中，某种制备方法得到的氧化锰催化剂具有较高的比表面积和良好的结晶度，有利于提高催化剂的催化活性。
2. 催化剂的电化学性能电化学测试结果表明，基于氧化锰的阴极催化剂具有良好的催化活性、稳定性和抗甲醇渗透性能。
其中，具有较高比表面积和良好结晶度的催化剂表现出最佳的电化学性能。
此外，我们还发现，催化剂的催化活性与其表面性质密切相关，如氧空位浓度、表面吸附物种等。
3. 催化剂性能优化的探讨针对氧化锰阴极催化剂的性能优化，我们提出以下建议：首先，通过优化制备方法，提高催化剂的比表面积和结晶度；其次，通过调控催化剂的表面性质，如增加氧空位浓度、调节表面吸附物种等，进一步提高催化剂的催化活性；最后，可以尝试将氧化锰与其他材料进行复合，以提高催化剂的综合性能。
直接甲醇燃料电池运行参数和甲醇渗透研究
直接甲醇燃料电池运行参数和甲醇渗透研究甲醇浓度过高是造成直接甲醇燃料电池发生甲醇渗透的主要原因，其中文献[1]指出在95℃下的甲醇极限浓度为2.5mol/L，超过之后容易发生甲醇渗透。
文献[2]给出的甲醇燃料电池工作条件为甲醇浓度0.5~2.5mol/L，甲醇流量0.5~5mL/min，温度40℃。
文献[3]的电池运行参数条件为甲醇浓度2mol/L，电池温度80℃，甲醇流量17mL/min，氧气流量30mL/min，最大功率17mW/cm2。
文献[4]的运行条件为甲醇浓度0.5~1mol/L，温度80~100℃，甲醇流量1~2mL/min，阳极压力为0.1MPa，阴极空气压力为0.2MPa。
文献[5]研究的最佳工作条件为甲醇浓度2mol/L，阴极气体压力为0.5MPa，阳极压力为0.2~0.3MPa，阴极气体使用空气和氧气时分别能达到功率110mW/cm2和160mW/cm2，工作温度在95~100℃。
文献[6]运行条件为甲醇浓度2mol/L，电池温度80℃，甲醇流量3mL/min，氧气压力为0.1MPa，最大功率46mW/cm2。
文献[7]的电池运行条件为1mol/L甲醇，温度60℃，甲醇流量2.5mL/min，氧气流量100mL/min，氧气压力为0.1MPa。
文献[8]运行条件为1mol/L甲醇，电池温度80℃，功率0.2mW/cm2, 在113℃时能达到184mW/cm2。
文献[9]运行条件为1mol/L甲醇，电池温度100℃，氧气压力为0.1~0.2MPa。
文献[10]运行条件为0.5~2mol/L甲醇，电池温度90℃，甲醇流量0.83mL/min，氧气流量1.36mL/min，氧气压力为0.2MPa。
文献[11] 确定了在55℃下的工艺参数为：甲醇浓度1.5 mol/L，甲醇流量为1.5mL /min，氧气压力在0.3MPa，氧气流量在800 mL/min。
文献[12,13]研究的工艺参数为：电池温度80℃，甲醇浓度1mol/L，甲醇流量为40mL /min，氧气压力在0.1 MPa，氧气流量在1000 mL/min。
卟啉类化合物作为直接甲醇燃料电池催化剂的研究的开题报告
卟啉类化合物作为直接甲醇燃料电池催化剂的研究的开题报告摘要：直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种新兴的清洁能源技术。
作为催化剂，卟啉类化合物具有光稳定性、电化学活性和结构多样性等特点，因而成为DMFC研究领域的热点之一。
本文综述了卟啉类化合物作为DMFC催化剂的研究进展，并提出了未来的研究方向。
关键词：直接甲醇燃料电池；卟啉类化合物；催化剂；研究进展；研究方向引言：随着环境污染和能源危机的加剧，新兴清洁能源技术得到了广泛的关注和研究。
直接甲醇燃料电池作为一种新型的清洁能源技术，具有高能量密度、绿色环保等优点，越来越受到研究者的关注。
然而，DMFC的实际应用面临着一系列的挑战，其中催化剂的研发是重点和难点之一。
卟啉类化合物作为DMFC催化剂的研究也成为了近年来DMFC领域的热点之一。
一、卟啉类化合物的特点卟啉类化合物是含有环状分子结构的有机化合物，其分子结构如图1所示。
图1. 卟啉类化合物的分子结构卟啉类化合物具有以下特点：1. 光稳定性：卟啉类化合物的分子结构稳定，不易被光照射影响其催化活性。
2. 电化学活性：卟啉类化合物能够促进氧、氢和甲醇等物质的电化学反应，从而在催化剂的表现中发挥着重要的作用。
3. 结构多样性：卟啉类化合物的分子结构丰富多样，可根据需要设计和调整其催化性能，从而用于不同的应用场景。
二、卟啉类化合物在DMFC中的应用卟啉类化合物作为DMFC催化剂应用于氧还原反应（ORR）和甲醇氧化反应（MOR）等方面。
1. ORR方面的应用ORR是DMFC中的重要反应之一，其反应机理如下：O2 + 4H+ + 4e^- → 2H2O卟啉类化合物作为ORR的催化剂表现出良好的催化性能。
一些研究表明，采用金属卟啉复合物作为催化剂能够提高DMFC的电化学性能。
例如，Chen等人制备了一种铁卟啉/聚苯胺纳米复合材料，其对ORR的催化效果较好，并显示出较高的电化学活性和化学稳定性。
新型金属酞菁配合物直接甲醇燃料电池阴极催化剂的制备的开题报告
新型金属酞菁配合物直接甲醇燃料电池阴极催化剂的制备的开题报告一、研究背景及意义随着全球化和经济发展的进一步推进，能源需求量的不断增加，传统能源已经无法满足人类的需求，清洁可再生能源已经成为全球经济可持续发展的必选方案。
而甲醇燃料电池具有高效率、低污染、方便携带等优点，在汽车、航天、微型系统等领域有着广泛的应用前景，是一种非常有前途的新型电化学储能器。
目前甲醇燃料电池的最大问题在于催化剂的高昂成本及低效率，因此探究合成性能优良、成本低廉的新型催化剂对于解决这个问题具有非常重要的意义。
二、研究内容和方法本研究计划以新型金属酞菁配合物作为主要材料，采用一系列先进的化学合成、表征及电化学测试方法，开展研究新型金属酞菁配合物作为直接甲醇燃料电池阴极催化剂的制备及表征工作。
具体内容包括：1. 合成新型金属酞菁配合物制备出性能稳定、纯度高、晶体结构清晰的新型金属酞菁配合物，可采用单一或多重金属酞菁配合物，以此摸索出最佳方案。
2. 表征合成的金属酞菁配合物使用FTIR、NMR等光谱技术，对合成的金属酞菁配合物结构进行详细的表征，获得材料的化学成分、分子结构等信息，为后续的电化学测试提供基础。
3. 对照现有商业化催化剂进行性能比较使用商业化催化剂，对合成的金属酞菁配合物进行性能比较，包括电活性、电化学催化活性、稳定性等，找出合成的新型催化剂性能上的优势。
4. 开展直接甲醇燃料电池阴极催化剂研究采用先进的电化学测试方法，对合成的新型金属酞菁配合物作为直接甲醇燃料电池阴极催化剂的性能进行测试，包括甲醇氧化反应、阴极氧还原反应等。
三、预期成果及意义本研究预期通过开展的合成、表征和电化学测试研究，获得应用于直接甲醇燃料电池阴极催化剂的新型金属酞菁配合物，具有较高的电催化性能和催化活性。
结合已有商业化催化剂的比较研究，将为清洁能源及其研究、制造领域的发展提供有效支持。
甲醇燃料电池的制备以及应用
催化工程课程论文院系：化工与能源学院专业：化学工程与工艺班级：2006级一班姓名：金秋霞学号：20060300509指导教师：宋怀俊甲醇燃料电池的制备以及应用工艺一班金秋霞 20060300509摘要：采用固体电解质膜的直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell , 简写DMFC) 由于结构简单、无液体电解质、比能量高等优点,近年来成为国际上的研究热点。
论述了DMFC 的原理和各研究机构目前取得的最新进展。
目前存在的两个主要的问题是:甲醇从阳极向阴极的渗透和阳极催化剂活性较低。
使用新型的非氟质子交换膜及复合膜有望最终解决甲醇渗透的问题。
阳极催化剂的研究已经向铂基多组元件系扩展。
直接甲醇燃料电池在手机电源等微型移动电源和千瓦级的工业用可移动电源及电动车方面有一定的应用前景。
关键字：直接甲醇燃料电池制备应用Abstract : The direct methanol fuel cell (DMFC) with solid elect rolyte membrane become the international re2search focus in recent years due to it s advantages , such as simple st ructure , anhydrous elect rolyte and high ener2gy density. The principle of DMFC and the state2of2art s of it s development are int roduced. The percolation ofmethanol f rom anode to cathode and the low activity of anode catalyst is the two main problems to be solved.The utilization of novel non2fluorinated proton2exchange membrane and composite membrane are expected to bethe solutions for solving the methanol2percolation problem , while the research on anode catalyst is extended toplatinum2based multi2component system for improvement . DMFC arepromising in the applications range f romportable power sources , such as mobile2phone power and kilo2watt level indust rial power source , to elect ric vehi2cles1引言直接甲醇燃料电池(DMFC) 是将燃料(甲醇) 和氧化剂(氧气或空气) 的化学能直接转化为电能的一种发电装置. DMFC 研究始于20 世纪60 年代,Shell ,Exxon以及Hitachi 等公司在该领域做了大量工作[1 ] . 20 世纪90 年代初, 由于全氟磺酸膜(Nafion. ) 的成功应用,电极性能大幅度提高,DM2FC 的研究与开发引起了许多发达国家的关注. 美国喷气推进实验室(J PL ) 、Los Alamos 国家实验室(LANL) 、西部保留地大学(CWRU) 等单位在电催化剂、电解质膜和膜电极(MEA) 、电池系统等方面的研究取得了可喜成就. 2001 年5 月,美国陆军研究室(ARL) 组织了由22 个单位参加的技术合作联盟,重点开发单兵作战武器电源的DMFC. 2002 年8月,MTI Mirco Fuel Cells 公司展示了空气自呼吸(air - breathing) 式用于PDA、手机电源的DMFC 样机. 2003 年2 月,美国总统布什试用该样机进行了长时间通话. 在DMFC 作为笔记本电脑电源的研制方面,日本NEC 公司于2003 年9 月披露了总重约900g、燃料容量为300 ml 的样机,连续工作5 小时,最大输出功率达24 W ,输出电压为12 V ,声称电池的性能为全球最高,产品期望在2004 年商业化. 此外,2003 年8 月,德国Smart Fuel Cell ( SFC) 公司推出了世界上第一个面向终端用户的DMFC 独立系统SFC A25 ,使用2. 5 L 甲醇燃料可在全功率下工作70 —80 小时. 此外,许多国际著名公司加入了DMFC 研发的行列,如美国的Intel ,Motorola ,BallAerospace ,Lynntech ,H Power ,Giner Elect rochemicalSystems , 日本的Hitachi , Toshiba , Sony , 韩国的Samsung 等等,这无疑将大大加速DMFC 的商业化进程. 国内DMFC 的研究始于20 世纪90 年代初,目前有20 余个单位先后开展了DMFC 研究工作,并取得了长足进展,但总体水平与国外先进水平相比仍有一定差距。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 / 1文档可自由编辑
研究生专业实验报告
实验项目名称： 被动式直接甲醇燃料电池
学 号： 20141002042
姓 名： 张薇
指 导 教 师： 陈蓉
动 力 工 程 学 院
1 / 1文档可自由编辑
被动式直接甲醇燃料电池
一、实验目的
1、了解和掌握被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池（DMFC）的基
本工作原理；
2、了解和掌握对燃料电池进行性能测试的基本方法；
3、了解和掌握燃料电池性能评价方法；
4、观察和认识影响燃料电池性能的主要因素。
二、实验意义
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装
置，具有环境友好、效率高、工作安静可靠等显著优点，被誉为继核
能之后新一代的能源装置。在众多燃料电池种类中，空气自呼吸式直
接甲醇燃料电池（DMFC）因具有系统结构简单、能量密度高、环境友
好、更换燃料方便、可在常温下工作等优点，成为便携式设备最有前
景的可替代电源，是电化学和能源科学领域的研究热点。本实验旨在
对被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池进行实验研究，使同学们了解
和掌握燃料电池测试的基本方法，加深对燃料电池基本工作原理的认
识和理解。
三、实验原理
燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置。一
个典型的直接甲醇燃料电池的示意图如图1所示。
图1: 直接甲醇燃料电池的典型结构
1 / 1文档可自由编辑
从图1中可以看出，典型的直接甲醇燃料电池包括阳极扩散层、
阴极扩散层、阳极催化剂层、阴极催化剂层、质子交换膜、集流体等
部件。在被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池中，电池阳极发生的是
甲醇的氧化反应：
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-，E0=0.046 V （1）
电池阴极发生的是氧气的还原反应：
3/2O2+6H++6e-→3H2O，E0=1.229 V （2）
总反应式为：
CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O，△ E=1.183 V （3）
在被动式直接甲醇燃料电池阳极，甲醇水溶液扩散通过阳极扩散
层到达阳极催化层，甲醇在阳极催化层被氧化，生成二氧化碳、氢离
子和电子，如式（1）所示。氢离子通过质子交换膜迁移到阴极，电子
通过外电路传递到阴极；在阴极侧，氧气通过暴露在空气中的阴极扩
散层传输至阴极催化层，在电催化剂的作用下，氧气与从阳极迁移过
来的质子以及从外电路到达的电子发生还原反应生成水，如式（2）所
示。理论上直接甲醇燃料电池的开路电压能达到1.183 V，但实际上
DMFC的开路电压一般只有0.7 V左右，其主要原因是部分燃料（甲醇）
在浓度差的作用下渗透通过质子交换膜到达阴极引起了混合电位，这
一过程被称为甲醇渗透（methanol crossover）。
另外从图1中还可以看出，在直接甲醇燃料电池阳极侧存在由甲
醇氧化产生的二氧化碳气泡。另外在燃料电池阴极侧，由于氧气的还
原反应会在阴极电极表面生成水滴。生成的水滴会聚集在空气自呼吸
阴极表面，减小阴极电极与空气的接触面积，增大氧气的传质阻力，
降低电池性能。
四 实验方案
1)准备好安装单电池的全部组件和待测试的MEA。
2)将金属夹板、金属电板、集流板、绝缘垫、MEA从下到上依次按
照从阳极到阴极的顺序组装好。
3)连接电阻线、万用表。
4)配制好甲醇溶液,通入进料并活化新制燃料单电池。
5)待新电池性能稳定后,测试V-I极化曲线。
五 实验结论
阳极甲醇溶液的浓度是影响直接甲醇燃料电池性能的一个重要参
数。我们主要考察了甲醇溶液浓度在1、4mol/L时对电池性能的影响。
1 / 1文档可自由编辑
实验结果如图、表所示，从图中可以看出，甲醇溶液浓度的增大会降
低燃料电池的性能，这主要是因为甲醇溶液浓度增大后，甲醇透过率
也变大，削弱了阴极催化剂的反应性能，从而影响了电池电池的阴极
性能，我们还发现，甲醇溶液浓度的增加还会降低电池的开路电压（甲
醇浓度为4mol/L时，开路电压为0.4910V）。另一方面，从图c中可
以看出，电池的功率在电阻为400欧时存在一个最大值，在大电阻条
件下（超过最大功率时的电阻值时）1mol/L甲醇溶液的功率要超过
4mol/L甲醇溶液的功率。说明在电阻（负载）相同的条件下，甲醇浓
度越高，功率输出越小。在其他条件相同的条件下，要想获得大功率
密度，应该尽量采用低浓度甲醇溶液。
甲醇浓度1mol/L （开路电压0.5220V）
电阻（Ω） 电压（V） 电流（A） 功率（W）
5000 0.44 0.000088 3.872*10-5
3000 0.3882 0.0001294 5.023*10-5
1000 0.2939 0.0002939 8.638*10-5
800 0.2671 0.00033388 8.918*10-5
600 0.2315 0.00038583 8.932*10-5
400 0.1878 0.0004695 8.817*10-5
200 0.1274 0.000637 8.115*10-5
100 0.075 0.00075 5.625*10-5
75 0.0575 0.00076667 4.408*10-5
50 0.0392 0.000784 3.073*10-5
40 0.0316 0.00079 2.496*10-5
30 0.0236 0.000786667 1.857*10-5
1 / 1文档可自由编辑
20 0.016 0.0008 1.280*10-5
10 0.008 0.0008 0.640*10-5
表1a:甲醇浓度为1mol/L时的电压、电流、与功率
甲醇浓度4mol/L （开路电压0.4910V）
电阻（Ω） 电压（V） 电流（A） 功率（W）
5000 0.3949 0.00007898 3.1119*10-5
3000 0.358 0.00011933 4.272*10-5
1000 0.26 0.00026 6.760*10-5
800 0.2436 0.0003045 7.418*10-5
600 0.2157 0.000406 8.757*10-5
400 0.1808 0.00053925 9.750*10-5
200 0.1277 0.0006385 8.654*10-5
100 0.082 0.00082 6.724*10-5
75 0.0662 0.00088267 5.843*10-5
50 0.0475 0.00095 4.513*10-5
40 0.0389 0.0009725 3.783*10-5
30 0.0299 0.00099667 2.980*10-5
20 0.0206 0.00103 2.122*10-5
10 0.0108 0.00108 1.166*10-5
表1b:甲醇浓度为1mol/L时的电压、电流、与功率
1 / 1文档可自由编辑
图2a:电阻-电压图（横坐标为电阻，单位：欧；综坐标为电压，单位：伏特）
图b:电阻-电流图（横坐标为电阻，单位：欧；综坐标为电流，单位：安培）
1 / 1文档可自由编辑
图c:电阻-功率图（横坐标为电阻，单位：欧；综坐标为功率，单位：510瓦）
五 对实验的改进方案及建议
在实验方面，可以多测几个影响因素对电池性能的影响，例如电
池温度、阴极加湿温度、甲醇流速等因素对电池性能的影响并多次测
量以保证测量结果的稳定性。
1 / 1文档可自由编辑
实验名称：
学 号： 姓 名：
考核成绩：
综合评语：
教师签名：
年 月
日