《燃料电池技术》课件-1.4.4直接甲醇燃料电池（便携式电源）

氢能技术应用专业教学资源库直接甲醇燃料电池（便携式电源）12目录直接甲醇燃料电池的工作原理与结构直接甲醇燃料电池的应用01直接甲醇燃料电池的工作原理与结构直接甲醇燃料电池的工作原理直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种以甲醇为燃料，通过电化学反应将其化学能转化为电能的装置，属于低温燃料电池。DMFC的结构主要由阳极、电解质、阴极和外部电路组成。阳极是甲醇的供应端，需要具有良好的导电性和稳定性；电解质是甲醇和氢离子的传输通道，需要具有高离子导电性；阴极是氧的供应端，需要具有良好的导电性和稳定性；外部电路是电子的传输通道，需要具有高电子导电性。直接甲醇燃料电池的工作原理根据电解质溶液的酸碱性不同，其工作原理有所不同。在酸性介质中，甲醇输送到阳极，在阳极发生氧化反应，产生二氧化碳、氢离子和电子，电子通过外电路传输到阴极，氢离子通过电解质传输到阴极，在阴极上与氧发生还原反应产生水。直接甲醇燃料电池的工作原理直接甲醇燃料电池的工作原理具体如下：（1）阳极侧，甲醇溶液作为燃料通过管道进入阳极侧，甲醇在催化剂的作用下，与H2O反应生成CO2、H+、e-。产生的CO2从阳极室出口排出，H+通过质子交换膜传输至阴极，电子通过外电路到达阴极，形成传输电流并带动负载。CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-.（2）阴极侧，H+与外电路转移的电子，将O2还原反应生成水。产生的H2O从阴极室出口排出。3/2O2+6H++6e-→3H2O.（3）总反应。CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O.直接甲醇燃料电池的工作原理直接甲醇燃料电池的工作原理（酸性环境）直接甲醇燃料电池的工作原理在碱性介质中，甲醇燃料电池的工作过程如下：（1）阳极侧，到达阳极的甲醇在催化剂的作用下，与OH-反应生成CO2、H2O、e-。电子通过外电路达到阴极。CH3OH+6OH-→CO2+5H2O+6e-.（2）阴极侧，进入阴极的O2、与H2O和外电路的e-反应生成OH-。OH-通过质子交换膜传输至阳极，继续参与反应。3H2O+1.5O2+6e-→6OH-.（3）总反应：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O.直接甲醇燃料电池的结构直接甲醇燃料电池在酸性和碱性环境的结构图比较。02直接甲醇燃料电池的应用直接甲醇燃料电池的应用

直接甲醇燃料电池具有高能量密度、低排放、可再生能源等特点，因此在便携式电源领域具有广泛的应用前景。目前，DMFC已经应用于移动通信、笔记本电脑、无人机等便携式电子设备中。同时，DMFC也在军用、应急救援等领域得到应用。东芝微型燃料电池具有加油盒的东芝燃料电池。

直接甲醇燃料电池的应用典型的DMFC系统额定输出功率50W，采用单电池串联结构，设计工作电流密度为120mA/cm2，主要由电堆、物料供给泵、检测控制模块、水热管理模块等组成。DNFC使用的燃料为纯度高于99.9%的甲醇，在燃料电池电堆阳极流场中使用的是稀释后的甲醇溶液，DMFC运行时必须进行水的回收，用以稀释甲醇燃料，维持阳极供料。直接甲醇燃料电池的应用典型的DMFC系统的部件及模块的功能如表。部件功能电堆甲醇与氧气发生电化学反应的位置，直接产生电能，是DMFC的发电场所。物料供给泵高浓度甲醇供给泵甲醇燃料供给。低浓度甲醇溶液供给泵电堆阳极溶液供给。空气泵电堆阴极空气供给。检测控制模块传感器用于DMFC的电能管理、运行控制等。运行控制包括燃料供给控制、运行状态监测等。DC/DC电路板锂离子电池控制软件水热管理模块包括气液分离器、冷凝器、风扇，实现低浓度甲醇溶液的储存、气液分离、水的回收、尾气排放等。直接甲醇燃料电池的应用系统工作流程主要为：（1）低浓度甲醇溶液储存在气液分离器中，通过低浓度供给泵输送到电堆阳极流场，在电堆内反应后再返回到气液分离器。（2）空气泵将空气输送到电堆阴极流场，在电堆内反应后进入冷凝器，通过风扇对冷凝器制冷，实现阴极水的回收，将回收的水返回到气液分离器中，对甲