燃料电池的制备与性能

燃料电池的材料选择与性能要求分析燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其工作原理是通过氧化还原反应将氢气和氧气转化为水，同时释放出电流。

燃料电池的核心是电解质膜，它起到隔离氢氧两种气体并传导离子的作用。

除了电解质膜，燃料电池的材料选择还涉及阳极、阴极、催化剂等多个部件，这些材料的性能要求直接影响整个燃料电池的效率和稳定性。

首先，电解质膜的材料选择是燃料电池设计中最具挑战性的一部分。

电解质膜应具备以下性能要求：高离子传导性、化学稳定性、机械强度、耐温性、低电子导电性和低渗透性。

常用的电解质膜材料有固体聚合物膜、磷酸盐玻璃膜和氧化物陶瓷膜。

聚合物膜作为最常用的电解质膜材料，具有较高的离子传导性和较低的电子传导性，但其化学稳定性和耐温性相对较差；而陶瓷类电解质膜具有较好的耐温性和化学稳定性，但离子传导性较差。

其次，阳极和阴极的材料选择对于燃料电池的性能也至关重要。

阳极应具备良好的氢气氧化反应活性和较低的电子电导率，常用的阳极材料有铂、铂合金、镍等。

铂具有优异的催化活性，但成本较高；铂合金能够降低材料成本并提高催化活性；而镍则具有较低的成本和较高的活性，但对于材料的耐腐蚀性和稳定性有一定要求。

阴极的选择主要考虑氧还原反应的活性，常用的材料有铂、铂合金和钴钼等。

铂和铂合金也是常见的阴极材料，能够提供较好的反应活性，而钴钼则更适用于碱性燃料电池。

最后，催化剂是燃料电池中不可或缺的一部分，它能够促进氢气和氧气之间的反应。

常用的催化剂材料有铂、镍、钼等。

铂是最常见的催化剂材料，因为它在燃料电池反应中具有较高的活性，但其成本较高；镍和钼则具有较低的成本，但活性相对较低。

因此，催化剂的选择需要在成本和活性之间进行权衡。

综上所述，燃料电池的材料选择与性能要求是一个复杂而关键的问题。

除了电解质膜、阳极、阴极和催化剂的选择外，还需要考虑材料的成本、稳定性、耐腐蚀性和制备工艺等因素。

随着科技的进步和材料研究的不断发展，相信在未来会有更多新材料的应用，提升燃料电池的性能和推动其在各个领域的广泛应用。

简述五大燃料电池工作原理和特点简述五大燃料电池工作原理和特点可以按燃料类型分类，或者工作温度分类，但一般都是以电解质的类型来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PENFC)五大类。

碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。

原理使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与羟基（OH）从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。

这些电子是用来为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。

负极反应：2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-正极反应：O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-碱性燃料电池的工作温度大约80℃。

因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。

不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。

如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。

此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。

特点低温性能好，温度范围宽，并且可以在较宽温度范围内选择催化剂，但是才用的碱性电解质易受CO2的毒化作用因此必须要严格出去CO2，成本就偏高。

磷酸燃料电池（PAFC）磷酸燃料电池（PAFC）是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。

正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。

磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150 - 200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。

其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

制作简单的燃料电池实验报告
实验名称：简单燃料电池的制作与测试
实验目的：通过制作简单的燃料电池，了解燃料电池的基本原理和工作过程，并掌握燃料电池在实际应用中的一些特点和技术要求。

实验材料：
- 氢氧化钠(NaOH)溶液
- 活性炭粉末
- 铂丝
- 电线
- 氢气瓶
- 氧气瓶
- 两个玻璃杯
- 两块不同大小的木板
- 电压表
实验步骤：
1. 将一个玻璃杯放置于大木板上，将活性炭粉末放入玻璃杯中，并加入适量的NaOH溶液，搅拌均匀，使其成为糊状物。

2. 在另外一个玻璃杯中，添加干净的水和适量的NaOH溶液，搅拌均匀，作为负极。

3. 将铂丝固定在小木板上，然后将铂丝浸泡在活性炭糊中，作为正极。

4. 将产生的氢气从氢气瓶中送入活性炭糊中，同时将氧气从氧
气瓶中送入负极玻璃杯中。

5. 通过电线连接正、负极，使用电压表检测燃料电池的输出电
压和电流。

实验结果：
在实验过程中，我们观察到了燃料电池产生了明显的电流，同时也测量到了其输出的电压和电流。

通过测量和计算可知，该燃料电池的平均输出电压为0.7V，平均输出电流为0.2A。

实验结论：
通过本次实验，我们深入了解了燃料电池的基本原理和工作过程，并掌握了一些燃料电池在实际应用中的特点和技术要求。

同时，我们通过自己亲手制作燃料电池的方式，更好地理解了其内部构造和工作原理，这对于今后进一步学习和研究燃料电池技术具有重要的意义。

固体氧化物燃料电池电极材料的制备及性能研究固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell, SOFC）是一种高效和环保的能源转化设备。

它可以直接将化学能转化为电能，而且对空气和燃料的要求很低。

SOFC利用固态电解质来传递氧离子，并采用四种不同的电极：阳极（Anode）、阴极（Cathode）、负极（Cathode）、正极（Anode）。

电极材料的性能和制备方法对于提高SOFC的效率和降低成本具有重要意义。

一、阳极材料阳极材料作为SOFC中最关键的成分之一，通常采用金属氧化物（如NiO、CuO等）和氧化物（如La2O3、CeO2等）来制备。

然而，这些材料常常存在一些问题，如低导电性、摩尔比例偏离、CO污染等。

为解决这些问题，近年来，研究者们开始开发新的阳极材料，如铁酸钙（CaFeO3）和复合氧化物（Ln2MnO4、La0.7Sr0.3MnO3等）等，以提高阳极的导电性和抗CO污染能力。

同时，研究者们也着手改进阳极材料的制备方法。

传统的制备方法在溶胶凝胶、均质共混和化学镀等方面存在一些缺点，如长时间制备、高成本、低通量等。

因此，现代材料科学研究者们开始尝试使用更加高效的方法来制备阳极材料，如高能球磨、喷雾干燥等。

二、阴极材料阴极材料是SOFC中另一个重要的成分。

传统的阴极材料主要是拉锆石氧化物（LSM）和LaMnO3基复合氧化物，但这些材料也存在很多问题，如CO污染和不良的电化学性能。

为此，研究者们开始寻求新的阴极材料，如双氧掺杂层状钙钛矿（LSCF）和稀土掺杂的钙钛矿（La2NiO4、La2NiMnO6等）等。

在阴极材料的制备方面，基于燃烧合成方法（Combustion Synthesis Method, CSM）的制备方法得到了广泛应用，因为它不仅具有高效率和低成本的特点，而且有助于制备具有一定孔隙率的高性能阴极材料。

三、负极材料负极材料主要是Ni/NiO。

负极材料在SOFC中扮演着充电和脱氢的角色，它的性能对整个电极系统的运行和效率至关重要。

微生物燃料电池的制备与性能研究微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）作为一种新兴的可再生能源技术，具有能够同时产生电能和废水处理的双重功能，对于解决能源危机和环境治理具有重要意义。

本文将介绍微生物燃料电池的制备方法，并重点探讨其性能研究。

一、微生物燃料电池的制备方法微生物燃料电池的制备主要包括阳极和阴极的搭建以及微生物的选择。

阳极通常采用碳材料，如石墨毡、石墨电极等，而阴极则通常采用氧还原反应催化剂，如铂金。

微生物则是通过电极材料表面的生物膜与燃料（如有机废水）之间的相互作用来实现电子转移。

具体制备方法如下：1. 制备阳极：将阳极材料（如石墨电极）切割成适当的形状并清洗，然后用研磨纸打磨表面以增加其表面积。

2. 制备阴极：选择合适的氧还原反应催化剂（如铂金），将其涂覆在碳纸或碳布上，并干燥制备成阴极。

3. 微生物选择与培养：选择适宜的微生物菌种，如细菌、藻类等，并进行培养，以便形成稳定的生物膜。

二、微生物燃料电池性能研究1. 发电性能研究发电性能是评价微生物燃料电池的重要指标之一。

研究者通常采用电化学技术对微生物燃料电池进行性能测试。

通过测量电流和电压的变化，可以得到微生物燃料电池的I-V曲线，进一步分析其功率输出和内阻。

2. 废水处理性能研究废水处理是微生物燃料电池的另一个重要功能。

研究者通常使用有机废水作为燃料，并通过测量废水中有机物浓度的变化，来评估微生物燃料电池的废水处理性能。

3. 影响因素研究微生物燃料电池的性能受到多种因素的影响，包括底物类型、温度、pH值、氧气供给等。

研究者通过改变这些因素，来研究它们对微生物燃料电池性能的影响，并优化微生物燃料电池的工作条件。

4. 经济性研究微生物燃料电池的应用前景与经济性密切相关。

研究者需要通过对微生物燃料电池的制备成本、发电效率以及废水处理能力等方面的研究，来评估其经济可行性，并寻求提高其经济性的途径。

总结：微生物燃料电池作为一种新兴的可再生能源技术，其制备方法和性能研究对于推动可再生能源的发展具有重要意义。

微生物燃料电池构建与性能优化微生物燃料电池是一种利用微生物代谢产生电能的新型清洁能源技术，其将微生物代谢产生的电子转化为电能，使得有机废物在同时获得处理的同时，也能够产生电能，从而实现了生态和经济的双重效益。

本文将从微生物燃料电池构建和性能优化两方面进行探究。

一、微生物燃料电池构建微生物燃料电池通常包括阳极、阴极和电解质三个部分。

阳极一般采用碳纤维或碳布等导电材料，表面可接上微生物与有机质。

阴极一般采用氧化还原材料或氢气。

电解质一般为pH中性的水溶液，如磷酸盐缓冲液或海水等。

微生物燃料电池的构建主要有以下几个步骤：1. 稳定电压的测量稳定电压是微生物燃料电池的关键性能指标之一。

在构建微生物燃料电池前，需要首先对稳定电压进行测量。

2. 微生物选择及培养微生物是微生物燃料电池中重要的组成部分，通过选择不同类型的微生物，可以使得微生物燃料电池的性能得到不同程度的提升。

3. 阳极的制备阳极是微生物燃料电池中最主要的组成部分之一，对于阳极的制备，可以采用化学活化或电化学活化等方法。

4. 电解质的选择和调节电解质在微生物燃料电池中起着至关重要的作用，不同类型的电解质会直接影响微生物活性和电极反应速率，因此需要对不同种类和浓度的电解质进行选择和调节。

5. 阴极的制备阴极的制备对于微生物燃料电池的性能同样具有直接的影响。

对于阴极的制备，可以采用不同的材料和制备方法，如有机材料和无机材料等。

二、微生物燃料电池性能优化1. 微生物选择微生物的选择是微生物燃料电池性能优化的重要环节。

目前常用的微生物有厌氧细菌、光合细菌和硫酸盐还原菌等。

通过合理选择微生物，可以实现微生物燃料电池的高效率生产。

2. 外加电压外加电压是微生物燃料电池性能优化的关键技术之一。

通过外加电压，可以显著提高电极反应速率和生产电荷量，从而实现微生物燃料电池性能的进一步提升。

3. 电极化学浸润电极化学浸润是另一种微生物燃料电池性能优化的重要技术。

通过电极化学浸润，可以将微生物与电极表面更加紧密地结合在一起，从而提高微生物燃料电池的产电性能。

碱性燃料电池的工作原理和特点分析(1)碱性燃料电池的结构及工作原理碱性燃料电池(alkaline fuel cell，AFC)采用如KOH、NaOH之类的强碱性溶液作电解质，传导电极之间的离子，由于电解液为碱性，与PEMFC不同的是在电介质内部传输的离子导体为氢氧离子OH- 碱性燃料电池(AFC)是最早进入实用阶段的燃料电池之一，也是最早用于车辆的燃料电池。

1959年驱动叉车的培根(Bacon)型中温、中压氢氧燃料电池就是AFC。

可以说，AFC是目前技术最成熟的燃料电池之一。

以氢氧作燃料的AFC，氢气为燃料，纯氧或脱除微量二氧化碳的空气为氧化剂。

氧化极的电催化剂采用对氧电化学还原具有良好催化活性的Pt/C、Ag、Ag-Au、Ni等，并将其制备成多孔气体扩散电极；氢电极的电催化剂采用具有良好催化氢电化学氧化的Pt-Pd/C、Pt/C、Ni或硼化镍等，并将其制备成多孔气体电极双极板材料采用无孔碳板、镍板或镀镍甚至镀银、镀金的各种金属（如铝、镁、铁）板，在板面上可加工各种形状的气体流动通道构成双极板。

以氢氧作燃料的AFC，其工作原理如图所示，在阳极，氢气与电解液中的OH-在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子，电子通过外电路达到阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应，生成的OH-通过饱浸碱液的多孔石棉迁移到氢电极。

其阳极和阴极发生的电化学反应如下。

上述反应不同于酸性燃料电池的另一点是水在氢电极处生成。

为防止稀释电解质，阳极侧生成的水要及时排除。

此外，在阴极处，氧的还原又需要水。

水的管理问题通常按电极防水性和在电解液中保持含水量的需求予以分解。

阴极反应从电解液中消耗水，而阳极反应则排出其水生成物。

过剩的水在燃料电池堆汽化。

石棉膜型碱性氢氧燃料电池单电池的工作原理AFC可分为多孔基体型及自由电解液型两类．前者是将电解液吸在作为电极间隔离层的多孔性材料中。

后者电解液存于空室内，外设循环系统，将反应生成的热及水散发掉。

固体氧化物燃料电池的制备和应用固体氧化物燃料电池，简称SOFC，是一种利用化学反应直接将化学能转化为电能的新型电化学能源装置。

它以固体氧化物为电解质，更为环保且能达到较高的高效转换率。

因此，SOFC在能源领域中有着广泛的应用前景。

本文将详细介绍SOFC的制备和应用。

一、固体氧化物燃料电池的制备（一）基本原理固体氧化物燃料电池由阳极、阴极及固体氧化物电解质三部分组成。

在SOFC 中，电解质通常采用氧化物电解质如氧化锆等。

阳极和阴极通常采用钨酸盐等催化剂材料，用于促进氧与燃料的反应并加速反应速率。

当氢气经过阳极时，会发生输入反应：2H2 + O2- = 2H2O + 4e-，生成水和电子。

电子则会从阳极移动到阴极处，从而产生电流。

（二）制备方法目前，SOFC的制备方法主要有多种方式，其中最为常见的是单晶体法、固相烧结法和浆料注射成形法。

1. 单晶体法单晶体法是通过溶液的方式，在温度较低的情况下制备SOFC。

该制备方法操作简单、成本较低、制备周期短。

其基本原理是将材料的溶液依次喷涂在单晶体表面上，然后在恒温烤箱中进行烘烤，最终形成SOFC。

2. 固相烧结法固相烧结法是通过固相反应的方式制备SOFC。

该方法较为复杂，但能制备出高品质的SOFC。

其基本原理是将氧化物电解质、阳极和阴极等多种材料混淆后，通过高温烧结的方式制成SOFC。

该方法具有可靠性高、制备的SOFC硬度与密度等均较高的特点。

3. 浆料注射成形法浆料注射成形法是利用液态浆料将SOFC制备而成。

该方法适用于制备SOFC铺层，能制备出具有良好孔隙性和厚度均匀的SOFC。

其基本原理是将多种材料制成一定比例的液态浆料，然后将其喷涂到所需位置。

二、固体氧化物燃料电池的应用SOFC的应用范围十分广泛，包括移动电源、工业用电、农业用电等多个领域。

（一）移动电源在移动电源领域，SOFC能够实现小型化、高效化和绿色化。

它可以广泛使用于航空、轮船等移动设备，能够为电动汽车提供长时间、高效率的动力；同时也可以使用于中小型移动通讯基站，能够提供长时间、高容量的电源，解决了传统电源续航能力有限的问题。

新型能源材料的制备技术与性能研究一、引言在当今能源资源日益紧缺的时代，寻找替代传统能源的新型能源材料成为了全球科学界和工业界的热门研究领域。

新型能源材料的制备技术和性能研究对于推动能源产业的可持续发展具有重要意义。

本文将针对新型能源材料的制备技术和性能研究进行探讨与总结。

二、新型能源材料的制备技术1. 化学合成法化学合成法是制备新型能源材料的常用方法之一。

通过控制反应条件和原料比例，利用化学反应在实验室中合成出具有特定结构和性能的材料。

例如，利用溶剂热法可以制备出优异光电性能的太阳能电池材料，利用水热法可以合成出具有高能量密度的锂离子电池正极材料。

2. 物理沉积法物理沉积法是通过物理手段将材料以原子或者分子的形式沉积到基底上，形成新型能源材料的制备方法。

这种方法包括物理气相沉积（PVD）和分子束外延（MBE）等。

物理沉积法具有高纯度、可控性强等优点，适用于制备具有特殊结构和性能要求的材料，如光电材料和传感器材料等。

3. 生物合成法生物合成法借鉴了自然界中生物体所具有的自组装与自修复能力，通过利用生物体内部的酶或微生物合成代谢途径，制备出全新的能源材料。

生物合成法在制备新型能源材料方面具有独特优势，如能源高效、环境友好等。

目前，利用生物合成法制备出的燃料电池催化材料和太阳能电池材料在性能上已经取得了显著突破。

三、新型能源材料的性能研究1. 电化学性能研究电化学性能包括电导率、离子迁移率、电子迁移率等。

通过电化学测试方法，可以评估新型能源材料的电化学性能，进而了解其在能源转换和存储方面的潜力。

例如，利用循环伏安法可以评估新型锂离子电池正负极材料的充放电性能，对材料进行优化和改进。

2. 热学性能研究热学性能研究主要包括导热性能和热稳定性。

对新型能源材料的热学性能进行研究，可以为材料的应用提供理论指导。

例如，通过热重分析法可以评估新型氢储存材料的热稳定性，为其在氢能源领域的应用提供技术支持。

3. 结构性能研究结构性能研究主要包括晶体结构、形貌结构和表面结构等方面的研究。

生物燃料电池的制备与性能生物燃料电池是利用生物体代谢产生的化学能转化为电能的一种新型电池。

与传统的化学电池相比，生物燃料电池的优势在于可以利用可再生生物质作为燃料，同时产生的二氧化碳等排放物对环境的影响很小。

本文将介绍生物燃料电池的制备与性能。

一、生物燃料电池的制备1. 材料的选择生物燃料电池的制备材料包括阴阳极、质子交换膜、催化剂等。

阳极材料通常是碳材料，如碳纳米管、石墨烯等，而阴极材料则需要具有较好的催化还原氧的能力，如铂、金、银等贵金属催化剂。

质子交换膜主要起到分离阴阳两极的作用，常采用聚四氟乙烯膜。

2. 制备方法生物燃料电池的制备方法主要包括生物燃料电池模块的组装、电化学沉积法和化学气相沉积法等。

生物燃料电池模块的组装需要将阳极、质子交换膜和阴极组装在一起，保证电极之间有足够的接触面积和良好的导电性能。

电化学沉积法是利用电化学方法，在阳极或阴极上沉积催化剂，以提高生物燃料电池的性能。

化学气相沉积方法则是利用化学或物理方法在阳极或阴极表面生长纳米结构的催化剂，以提高其活性。

二、生物燃料电池的性能1. 发电性能生物燃料电池的发电性能主要包括输出电压、输出电流、功率密度等指标。

输出电压是指生物燃料电池输出的电压，常用单位为伏特（V）。

输出电流是指生物燃料电池输出的电流，常用单位为安培（A）。

功率密度是指生物燃料电池的发电功率与电极面积之比，常用单位为瓦特/平方米（W/m²）。

2. 稳定性生物燃料电池的稳定性指电池可以持续地输出电能的能力。

其中，阴极一般是限制生物燃料电池稳态输出的关键。

阴极氧气还原反应（ORR）是阴极的一个重要过程。

ORR的反应速率决定了阴极反应速率和电池的最大输出功率密度。

因此，催化剂选择和阴极导电材料的表面能与催化剂结合特性对阴极反应速率和催化剂的长期稳定性具有相当重要的影响。

3. 经济性生物燃料电池需要的原材料比较简单，主要是可再生的生物质。

但是，生物燃料电池中使用的催化剂催化剂价格较高，同时生物燃料电池的制备过程也比较复杂，因此成本较高。

高效燃料电池催化剂的制备与性能研究一、引言随着能源需求的不断增长和环境问题的加剧，燃料电池作为一种清洁能源技术备受关注。

然而，燃料电池中的催化剂问题成为制约其商业化的重要因素之一。

本文旨在讨论高效燃料电池催化剂的制备与性能研究。

二、催化剂的种类与选择1. 常用的催化剂种类常见的燃料电池催化剂主要有铂族元素、过渡金属氮化物、氮、磷、硫等非贵金属催化剂。

2. 催化剂的选择在选择催化剂时，需要考虑其催化活性、稳定性、成本和资源可持续性等因素。

铂族元素虽然活性高，但成本高且资源有限，因此非贵金属催化剂备受研究。

三、催化剂的制备方法1. 传统制备方法传统的催化剂制备方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、电化学沉积法等。

这些方法简单易行，但生成的催化剂粒径大、分散性差，导致活性低。

2. 新型制备方法为了提高催化剂活性，研究者提出了一系列新型制备方法。

比如，非贵金属催化剂的制备可以通过物理或化学合成方法，如热分解法、溶胶热分解法、电沉积法等。

这些方法可以控制催化剂的粒径和结构，提高其活性。

四、催化剂性能的评价与研究1. 催化剂活性评价催化剂活性是评价催化剂性能的重要指标之一。

常用的活性评价方法有循环伏安法、拉曼光谱法、电化学阻抗法等。

2. 催化剂稳定性评价催化剂在长时间使用过程中的稳定性是制约燃料电池商业化的关键因素之一。

稳定性的评价方法包括循环伏安法、电化学阻抗法、扫描电镜等。

3. 催化剂寿命的研究催化剂的寿命直接影响燃料电池的使用寿命。

研究者通过实验和理论计算等手段，探索提高催化剂寿命的方法，如优化催化剂支撑材料、调整催化剂配方等。

五、对未来研究的展望为了实现燃料电池商业化，今后的研究应重点关注以下几个方面：首先，继续开展新型高效催化剂的研发工作，改善其催化活性和稳定性；其次，深入探索催化剂制备方法，提高催化剂的制备效率和可控性；最后，开展催化剂与电极材料的相容性研究，优化催化剂与电极的接触界面，提高燃料电池整体性能。

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。

固体氧化物燃料电池的制备固体氧化物燃料电池（SOFCs）是指利用固态电解质材料作为燃料的可再生能源电池。

它把化学能转换成电能，可以充分利用有机物的能量，是一种低污染环保的新型能源技术。

固体氧化物燃料电池的制备技术可以从原料准备和制备、电极制备、电解质支架制备、结构材料制备和电池组装等方面进行概括。

一、原料准备和制备固体氧化物燃料电池的原料准备和制备主要包括氧化物的筛选、碳的筛选、固体电解质的制备和碳极材料的制备。

1.氧化物筛选：氧化物是固体氧化物燃料电池的核心原料，其选择非常重要。

一般采用稳定性强、抗腐蚀力强、反应活性高、易于加工等特性的氧化物作为固体氧化物燃料电池的原料。

常用的氧化物包括氧化钴、氧化锆、氧化锰、氧化铬、氧化钛、氧化铁等。

2.碳筛选：碳作为固体氧化物燃料电池的碳极材料，不仅要具有良好的电化学特性，而且具有稳定的电化学性能，碳的选择也是一个重要的环节。

常用的碳有石墨烯、金刚石碳纤维、碳纤维、活性炭等。

3.固体电解质的制备：固体电解质是固体氧化物燃料电池的基础材料，因此优质的固体电解质对固体氧化物燃料电池的性能和寿命有很大的影响。

常用的固体电解质有金属氧化物、金属氧化物混合物、金属水合物、金属水合物混合物、有机/无机混合物等。

4.碳极材料的制备：碳极材料是固体氧化物燃料电池的核心组成部分，它的性能直接影响着固体氧化物燃料电池的性能。

碳材料的制备通常是对碳原料进行碳化处理，以制备碳极材料。

二、电极制备固体氧化物燃料电池的电极制备是指在固定的原料和原料比例下，通过一系列技术处理，制备出具有适宜电解质极化、传导和反应性能的电极材料的过程。

电极的制备一般采用挤出成形、压延烧结或层压烧结等方法，以获得具有良好电化学特性的电极材料。

三、电解质支架制备电解质支架是指把电解质和碳极材料一起制成一体的电极结构，它能够保证电解质和极材料的良好接触，保证电池性能。

电解质支架的制备使用常见的单缝缠绕、双缝缠绕、双缝折边缠绕等方法，以达到良好的电极性能。

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种利用甲醇直接进行电化学反应产生电能的装置。

它具有高能量密度、低温操作和零排放的优势，被广泛应用于移动电源和便携式设备。

本文将详细介绍直接甲醇燃料电池的制备方法以及对其性能的研究。

一、DMFC的制备方法1. 膜电极组装直接甲醇燃料电池的关键组成部分是膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA），它由阳极、阴极和质子交换膜组成。

首先，通过喷涂法或浸渍法在阴极和阳极上分别涂覆铂催化剂，然后将质子交换膜放置在两个电极之间，形成MEA。

2. 电池板组装电池板由多个MEA叠加而成，每个MEA之间夹有集流板，并通过导电材料连接起来。

电池板的制备过程需要考虑MEA的紧密贴合以及电池板的导电性，常用的组装方法包括热压法和喷墨印刷法。

3. 氧化剂供应系统直接甲醇燃料电池需要供应氧化剂作为电极的还原剂。

传统的方法是通过外部供氧，但这种方式会限制DMFC的便携性。

因此，研究人员提出了自供氧系统，如氧气还原剂的制备和固态氧化剂的使用。

二、DMFC的性能研究1. 催化剂的选择和改性催化剂对DMFC的性能至关重要。

铂是常用的催化剂，但其昂贵和稳定性不足成为了限制因素。

因此，研究人员致力于寻找替代催化剂或改性铂催化剂，如镍、钼等过渡金属，以提高催化效率和降低成本。

2. 质子交换膜的改性质子交换膜对DMFC的质子传输和物质穿透起着重要作用。

传统的质子交换膜如聚氟乙烯（PEM）存在着溶剂渗透和耐久性不足的问题。

因此，改性质子交换膜的研究成为了重要的方向，如聚苯醚、聚苯硫醚等材料的引入。

3. 浓度极化与动力学特性DMFC中的某些因素，如甲醇浓度、温度、电流密度等，都会对电池的性能产生影响。

浓度极化是DMFC中的主要性能损失机制之一，其产生原因包括甲醇溶液的扩散限制和甲醇的氧化反应动力学等。

制作简单的燃料电池燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置。

它利用燃料和氧气的化学反应产生电能，同时还能产生水和热能。

燃料电池具有高能量转换效率、零污染排放和长时间运行等优点，被广泛应用于汽车、航空和能源系统等领域。

制作一个简单的燃料电池需要以下材料和设备：1.铝箔和聚丙烯薄膜：用于制作阳极和阴极。

2.氢氧化钠（NaOH）溶液：作为电解质。

3.铂电极：用于催化电解质中的氧气。

4.电线和插头：用于连接电极和外部电源。

5.数字多用电表：用于测试电流和电压。

步骤如下：1.切割铝箔和聚丙烯薄膜为适当的尺寸，制作阳极和阴极。

阳极应稍大于阴极。

2.在阳极和阴极之间放置一块聚丙烯薄膜，以隔离阳极和阴极。

确保两个电极不会直接接触。

3.将阳极和阴极连接到数字多用电表上，以便测量电流和电压。

4.准备一定浓度的NaOH溶液。

使用合适的容器包含溶液，以便后续的反应。

5.将阳极和阴极插入NaOH溶液中。

确保两个电极没有直接接触，且与溶液充分接触。

6.将铂电极插入NaOH溶液中，用于催化氧气的还原反应。

7.将电线和插头分别与阳极和阴极连接，提供外部电源。

8.开始记录电流和电压的变化。

可以使用不同的燃料和外部电压来测试电池性能。

需要注意的是，燃料电池涉及到氢气和氧气的使用，因此必须采取安全措施。

确保操作环境通风良好，避免火源和爆炸等安全风险。

此外，需要在合适的条件下操作，如温度、湿度等。

虽然制作简单的燃料电池并不困难，但实际上，燃料电池的制造和应用需要更为复杂的技术和设备。

在实际的应用中，燃料电池通常由更多复杂的组件组成，如阳极、阴极、电解质、气体循环系统等。

另外，燃料电池的负载和控制系统也需要进行更精确的设计和调节，以保证稳定的工作和高效的能量转换。

总之，燃料电池是一种非常有前景的能源转换技术，通过将化学能转化为电能，可以提供清洁、高效的能源供应。

虽然制作简单的燃料电池相对简单，但在实际应用中需要更复杂的设计和工程实施。

高性能固体氧化物燃料电池的设计和制备随着现代经济和工业的不断发展，能源需求无疑成为了社会发展和资源可持续利用的重要问题。

传统化石能源的消耗和排放已经成为人类严重的压力来源，寻找一种新的绿色、可再生的能源逐渐成为了全球性的共同目标。

其中，固体氧化物燃料电池(SOFC)无疑是最有前途的之一。

SOFC能够直接将化学能转化为电能，同时没有任何二氧化碳和其他气体的排放，特别适用于干净、高效和可持续的电力生成。

1. SOFC的优点和问题固体氧化物燃料电池具有高效、环保、可调节能量密度的优点。

他能够直接将化学能转化为电能，同时没有任何二氧化碳和其他气体的排放。

SOFC 还具有稳健性好、烧失率低、操作简单、维护成本低等优势。

另外，它还能够使用各种废弃物和可再生能源，如天然气、生物质、煤、垃圾等，被认为是未来能源的发展之一。

不过，伴随着SOFC想火，困境也随之而来，高温操作温度和氢气的高纯要求迫使其复杂的制造技艺。

另外，SOFC的运行温度通常在750-1000°C范围内，要求材料必须具备高温稳定性以及足够高的离子导电性。

因此，除了高昂的制造成本，SOFC还有许多其他的问题，例如快速寿命的退化，电流等方面的性能的严重下降，这也使得它的大规模应用受到了限制。

2. SOFC的设计和制备为了解决SOFC存在的种种问题，科学家和技术人员们陆续提出了许多关于SOFC的设计和制备的方法，其中最常见的就是分别讨论基础助剂、阳极、阴极和电解质方面的设计和制备。

2.1 基础助剂在SOFC的制造过程中，基础助剂的添加可以增加其制造工艺的稳定性，改善SOFC的性能，并提高其长期使用寿命。

通常，基础助剂在制造SOFC时起着增强分散性的作用，带来极好的机械强度和稳健性。

例如，二氧化钛作为传统的基底材料，能够显著提高SOFC的离子导电性和度阻，使得SOFC长期运行性能变得更加稳定。

2.2 阳极在SOFC的制造和设计方面，阳极通常都是研究的热点。

实验活动14 制作简单的燃料电池实验目的1．理解燃料电池的工作原理。

2．设计和制作一个氢氧燃料电池。

实验用品U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。

1 mol·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。

实验步骤1．电解水。

在U形管中注入1 mol·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入1～2滴酚酞溶液。

在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。

闭合K1，接通直流电源开始电解，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液变红。

2．制作一个氢氧燃料电池。

当上述电解过程进行1～2 min后，打开K1，断开直流电源。

将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合K2，现象为：电流表指针发生偏转。

问题和讨论列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。

－4e－===4H＋阳极：2H O－4e－===O↑＋4H＋一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是（ ）A ．a 电极为正极，发生还原反应B ．H +由右室通过质子交换膜进入左室C ．该电池的工作温度页可以是高温D ．b 电极反应式为：3222NO 10e 12H N 6H O --+++=↑+ 【答案】D【分析】b 极上NO 3-→N 2、N 元素的化合价降低，发生还原反应，则b 是正极，电极反应式为2NO 3-＋10e −＋12H ＋═N 2↑＋6H 2O ；a 电极是负极，负极上葡萄糖发生失电子的氧化反应生成CO 2，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极；【详解】A ．由上述分析可知，b 电极是正极，a 电极是负极，故A 错误；B ．原电池工作时，阳离子移向正极，即H ＋由左室通过质子交换膜进入右室，故B 错误； C ．该电池是微生物燃料电池，高温能使蛋白质变性，所以该电池不能在高温下工作，故C 错误；D ．b 电极是正极，b 上NO 3-→N 2，则正极反应式为2NO 3-＋10e −＋12H ＋═N 2↑＋6H 2O ，故D 正确；故选D 。

燃料电池的原理与制备随着环境污染日益严重，可再生能源的发展成为全球能源行业的重要目标。

燃料电池作为一种新型的清洁能源，具有高能量密度和低碳排放的特点，已经成为世界能源领域的研究热点。

燃料电池利用化学能直接转化为电能的原理，通过制备不同类型的电极、电解质和催化剂等材料来实现电能的输出。

燃料电池的原理燃料电池的原理是利用氢气和氧气在电极上的氧化还原反应来产生电能。

这类反应常见的有氢气-氧气燃料电池、甲醇-氧气燃料电池、乙醇-氧气燃料电池等。

以氢气和氧气作为燃料的燃料电池为例，其反应式为：anode: H2→2H++2e−cathode: 1/2O2(e−) +2H+→H2O整个反应可以简化为：H2+1/2O2→H2O+电能燃料电池中电解质有可能发生质子传导或离子传导。

其中，质子传导膜通过充当氢离子(H+)的能量障碍，迫使它们通过膜而形成电压。

氧离子传导膜可以让氧上的电子穿过了氧离子传递给阳极，从而形成逆反应并与质子结合成为水。

燃料电池的制备燃料电池的制备采用的是化学合成技术，其制备过程中需要采用多种材料和工艺技术，其中包括电极材料、电解质、催化剂等。

电极材料的种类和形态影响着燃料电池的反应速率和电化学性能。

通常情况下，电极材料主要有三种：板状电极、薄膜电极和Mesh电极。

此外，电解质也是燃料电池制备中的重要部分，常见的有质子交换膜、氢氧离子联合传递膜等。

催化剂是燃料电池中能够提高反应速率的重要组成部分，通常采用的催化剂有铂、铂合金、钯、钯合金等。

最常见的燃料电池催化剂为铂，它可以在低温下快速催化反应，提高燃料电池的效率。

总的来说，燃料电池的制备技术是一个复杂的过程，需要涉及多种材料和工艺技术。

燃料电池的产业化还需要进一步的技术进步和商业应用的探索。

相信在全球能源低碳化的大趋势下，燃料电池将会发展更加迅猛并得到广泛应用。

高效氢燃料电池的设计与制备
随着全球温室气体排放不断增加，气候变化日益严重，高效氢燃料电
池作为一种清洁能源技术备受瞩目。

其具有零排放、高能效、可再生等优点，被认为是未来能源领域的重要发展方向。

然而，目前市场上的氢燃料电池仍存在一些问题，如催化剂成本昂贵、寿命较短、效率不高等。

因此，如何设计和制备高效氢燃料电池成为当前研究的热点之一。

在设计高效氢燃料电池时，首先需要考虑的是催化剂的选择。

传统的
氢燃料电池催化剂通常采用铂等贵金属，成本高昂且资源有限。

因此，研究人员开始探索替代催化剂，如过渡金属、碳材料等。

过渡金属催化剂具有成本低廉、丰富资源的优点，但其催化活性和稳定性还存在一定的局限性。

碳材料催化剂具有良好的导电性和可调控性，能够提高催化性能，但其对氢氧化物质的吸附能力较弱。

因此，研究人员不断探索新型催化剂，以提高氢燃料电池的性能。

除了催化剂的选择外，材料的结构和制备方法也对氢燃料电池的性能
有重要影响。

传统的氢燃料电池通常采用质子交换膜作为电解质，但其导电性和稳定性有待提高。

近年来，固体氧化物燃料电池被认为是一种有潜力的替代技术。

固体氧化物电解质具有高温稳定性、高离子传导性和较好的封闭性，能够提高氢燃料电池的使用温度和效率。

此外，采用多孔结构和纳米材料制备电极材料，能够增加活性表面积，提高催化效率和稳定性。

在制备高效氢燃料电池时，需要综合考虑材料的性能、结构和制备工艺。

一种常用的方法是采用物理-化学复合方法，将不同种类的材料组合在一起，形成复合。