直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

竭诚为您提供优质文档/双击可除燃料电池实验报告篇一：燃料电池综合特性实验报告燃料电池综合特性实验【实验背景】燃料电池以氢和氧为燃料，通过电化学反应直接产生电力，能量转换效率高于燃烧燃料的热机。

燃料电池的反应生成物为水，对环境无污染，单位体积氢的储能密度远高于现有的其它电池。

因此它的应用从最早的宇航等特殊领域，到现在人们积极研究将其应用到电动汽车，手机电池等日常生活的各个方面，各国都投入巨资进行研发。

按燃料电池使用的电解质或燃料类型，可将现在和近期可行的燃料电池分为碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池6种主要类型，本实验研究其中的质子交换膜燃料电池。

能源为人类社会发展提供动力，长期依赖矿物能源使我们面临环境污染之害，资源枯竭之困。

为了人类社会的持续健康发展，各国都致力于研究开发新型能源。

未来的能源系统中，太阳能将作为主要的一次能源替代目前的煤，石油和天然气，而燃料电池将成为取代汽油，柴油和化学电池的清洁能源。

【摘要】燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池(pem)以其高功率密度、高能量转换效率、可低温启动、环境友好等突出优点而受到瞩目。

本实验包含太阳能电池发电（光能—电能转换），电解水制取氢气（电能—氢能转换），燃料电池发电（氢能—电能转换）几个环节，形成了完整的能量转换，储存，使用的链条。

本实验通过研究燃料电池的工作原理，测量其输出特性，计算燃料电池的最大输出功率及效率并验证法拉第电解定律。

测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。

获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率等。

【关键词】燃料电池，电解池，太阳能电池【正文】一、实验目的：1、了解燃料电池的工作原理。

2、观察仪器的能量转换过程：光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）→燃料电池→电能3、测量燃料电池输出特性，做出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。

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：姓名：张薇指导教师：陈蓉动力工程学院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、工作安静可靠等显着优点，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。

直接甲醇燃料电池工作原理及特点随着环保意识的增强和能源危机的日益严重，燃料电池作为一种全新的能源转换技术，受到了越来越多的关注和研究。

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是其中一种重要的燃料电池类型，具有较高的能量密度、低温度下较高的转化效率、易于使用和储存等优点，已经成为了研究和应用的热点之一。

本文将介绍直接甲醇燃料电池的工作原理及特点。

一、直接甲醇燃料电池的工作原理直接甲醇燃料电池是一种基于氧化还原反应的电化学装置，它将甲醇和氧气直接转化为电能和水，其反应方程式为：CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O + 6e-该反应是在催化剂的作用下进行的。

催化剂通常采用铂、铑等贵金属，可以促进反应的进行，提高转化效率。

甲醇和氧气在电解质中形成离子，通过电解质的离子交换作用，将正负离子分离，形成电流，从而实现了能量的转换。

二、直接甲醇燃料电池的特点1. 高能量密度直接甲醇燃料电池的能量密度较高，可以达到100-150 Wh/kg。

这意味着在同样的质量下，直接甲醇燃料电池可以提供更多的能量，具有更长的工作时间。

因此，它可以被广泛应用于需要高能量密度的领域，如移动电源、航空航天等。

2. 低温度下较高的转化效率直接甲醇燃料电池不需要高温度下才能工作，它的最高工作温度通常在100℃以下。

这意味着它可以快速启动，且不需要复杂的制冷装置。

此外，直接甲醇燃料电池具有较高的转化效率，通常在30%左右，这意味着它可以将更多的化学能转化为电能，从而提高了能源的利用效率。

3. 易于使用和储存直接甲醇燃料电池可以使用液态甲醇作为燃料，甲醇易于存储和携带，可以在任何地方使用。

此外，直接甲醇燃料电池不需要复杂的氢气制备和储存系统，可以直接使用液态甲醇，因此具有更广泛的应用前景。

4. 环保节能直接甲醇燃料电池的反应产物仅为水和二氧化碳，不会产生有害物质，具有极佳的环保性。

此外，直接甲醇燃料电池可以将甲醇的化学能直接转化为电能，不需要通过燃烧等方式进行能量转换，因此具有更高的能源利用效率。

直接甲醇燃料电池技术郑州大学化学化工学院(450052)　张建民　杨长春　石秋芝　董金峰【摘要】介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的基本原理,评述了DM FC技术的研究现状。

从产业化角度考虑,DM FC的研究应集中在新型高效催化剂和不渗透甲醇质子交换膜的开发两个问题上。

关键词　直接甲醇燃料电池　电催化剂　质子交换膜　甲醇电氧化 燃料电池(Fuel Cell,简称FC)是一种将化学能转化为电能的电化学发电装置。

由于它不受卡诺循环限制,不排放或极少排放污染物,所以是一种高效、清洁的新型能源。

燃料电池按电解质的不同可分为碱性氢氧燃料电池(AFC)、质子交换膜型燃料电池(PEMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(M CFC)及高温固体氧化物燃料电池(SOFC)等。

这些燃料电池通常需要纯氢、天然气、净化煤气或重整气等气体燃料,因此一般需要复杂的燃料重整或精制等附属设备,而且气体燃料的供应与储存也存在不安全因素。

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell, DM FC),顾名思义,可直接用甲醇作原料,无须中间重整或转化装置,因此具有体积小,重量轻,系统结构简单,燃料来源丰富,价格低廉,储存携带方便等优点,是目前各国政府优先发展的高新技术之一。

本文通过对DM FC基本原理的介绍和该技术研究现状的综述,提出了要使直接甲醇燃料电池走向实用化,需要解决的两个关键问题。

基本原理 直接甲醇燃料电池(DM FC)由两个电极及夹在其中间的质子导电膜构成[1]。

电极通常为多孔电极,由背层、扩散层和催化剂层3部分组成,主要材料是碳支撑的贵金属。

DMFC中的电解质采用特殊离子交换膜,是一种选择性质子导体,它既能保持离子电荷平衡,又能防止甲醇及其他物质渗漏到另一电极区域。

将甲醇和水混合物送至DMFC的多孔阳极区域,甲醇直接电催化氧化生成二氧化碳,并释放出质子和电子:CH3OH+H2O→CO2↑+6H++6e-(1)在阴极上氧气被还原生成水:3/2O2+6e-+6H+→3H2O(2)电池的总反应是:7.阴生毅.通过化学镀实现陶瓷与金属的低温大气钎焊.新技术新工艺,2000(3)8.班春燕等.含复合络合剂的化学镀N i-P合金工艺.表面技术,1999(3):9～119.孙榆芳等.络合剂种类对化学镀Ni-P镀层阳极极化特性的影响.表面技术,1997(4):11～13Research on Pertreatment T echnicof Chemical N ickel-Phosphate PlatingShanghai Light Industry Machinery Co,LT D.　Guo HaixiangShanghai Refrigerating M achine Factory　Yao ZhipingAbstract　The function and influene of pretreatment technic of chemical nickel-phosphate plating are analysed and described systematacially in this paper.Key words　Chemical nickel-phosphate plating,pretreatm ent of plating,sort of plating solution,constituent of platng solution责任编辑　袁扬 ・36・《新技术新工艺》・化工与表面处理　2000年　第11期CH3OH+3/2O2→CO2↑+H2O(3)根据热力学原理,常温下直接甲醇燃料电池的理论效率〔 =(- G)/(- H)〕等于96.7%,电动势为1.214V。

实验五直接甲醇燃料电池一、实验目的1.掌握燃料电池的基本构造。

2.通过模型演示，了解燃料电池的工作原理。

二、实验原理本实验采用一个简易的模型装置（图1），用一个燃料电池与一个功率很小的风扇连接，燃料电池采用的是直接甲醇燃料电池。

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池（PEMFC）中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。

相较于质子交换膜燃料电池（PEMFC），直接甲醇燃料电池（DMFC）具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。

图1 模型装置示意图直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。

甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极。

在碱性条件下：正极：3O2 + 12e– + 6H20 → 12OH–负极：2CH4O- 12e– + 12OH-→ 2CO2 + 10H2O总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O在酸性条件下：正极：3O2 + 12e– + 12H+→ 6H2O负极：2CH4O -12e– + 2H2O → 12H+ + 2CO2总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O这种电池的期望工作温度为120℃以下，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。

直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。

甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢然后再与氧反应。

三、实验过程（1）连接好简易模型的线路，保证线路连接完整。

（2）配置3%的甲醇溶液。

（3）将配好的3%的甲醇溶液加入燃料电池一端，注满。

观察现象。

四、实验结果分析通过本次实验对燃料电池的基本原理有了更深一步更形象的直观了解。

直接甲醇燃料电池中甲醇渗透的电化学研究直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种新型的可再生能源技术，它是一种新兴的电源，可以从简单的水混合物，即甲醇和水溶液中提取能量。

DMFC的重要特点是，可以直接将甲醇和水分解，使甲醇能够通过电解质膜进入电解质室，最终形成电流和动力。

然而，DMFC的有效性取决于甲醇的渗透率，因此，进一步了解DMFC中甲醇渗透的电化学过程对发展DMFC具有重要意义。

甲醇渗透膜是一种用于对甲醇渗透率进行控制的一种新型膜，该膜可以抑制甲醇的渗透膜，在甲醇进入电解质室之前，通过膜表面发生电子转移，从而改变甲醇的含量。

因此，研究甲醇渗透膜的电化学行为可以帮助我们更好地控制甲醇的渗透，从而为进一步提升DMFC 的效率提供新的策略。

首先，对于甲醇渗透膜的研究，必须考虑其微观结构。

由于甲醇渗透膜的组成由宏观和微观两部分组成，因此可以使用X射线衍射技术来确定其宏观结构，而将扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于研究它的微观结构。

其次，研究甲醇渗透膜的电化学行为。

由于甲醇渗透膜是经过特殊处理的膜，因此它具有独特的电化学行为，可以使甲醇进入电解质室。

因此，可以使用电化学测量技术，如循环伏安法和原子力显微镜（AFM）等进行相关研究，以深入了解甲醇渗透膜的电化学行为。

此外，电化学反应是影响甲醇渗透膜耐久性的重要因素。

因此，为了确定甲醇渗透膜的耐久性，还需要进一步研究它的电化学反应稳定性。

可以使用X射线光电子能谱（XPS）等技术来研究甲醇渗透膜的电化学反应。

最后，在DMFC工作电极材料的研究中，必须考虑电极的结构和反应机理，以确定DMFC的性能。

可以使用各种电化学测量技术，如恒流放电法，可逆电化学钝化法和催化剂活性测定等，来确定DMFC 工作电极材料的活性，从而改善DMFC的性能。

综上所述，研究甲醇渗透的电化学过程对提升DMFC性能具有重要意义。

首先，通过研究甲醇渗透膜的宏观和微观结构，可以更好地控制甲醇的渗透。

科技成果——直接甲醇燃料电池（DMFC）成果简介直接甲醇燃料电池（DMFC）由于使用液体甲醇作燃料，电池安全，系统简单，运行方便，具有很广阔的商业化前景。

从目前的技术水平看，DMFC的功率密度比氢氧燃料电池低，因此这类电池更适用于小型电器中，如移动电话、笔记本电脑等。

美国能源部认为用于发电站和电动汽车的大型燃料电池，商品化制造成本一定要低于$500/kW，而对应用于电子产品中的小型燃料电池，其制造成本可允许高达$2000/kW。

与二次电池相比，微型或小型DMFC主要具有以下优点：（a）长时间连续提供电能；（b）充加燃料方便，它可避免二次电池充电时间长、电池记忆效应、循环寿命短等不便；（c）无污染、回收处理方便。

北京科技大学在国家自然科学基金委、教育部和国家863计划支持下，开展了熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）的研究开发工作，具体包括：（1）Pt基非贵金属多元合金、Pt基过渡金属或稀土金属氧化物催化剂；（2）甲醇溶液中稳定的轻质双极板等材料；（3）催化剂碳载体材料；（4）膜电极及直接醇类燃料电池组样机。

经济效益及市场分析Solar H2 Center、Las Alamos和Motorola等国外研发单位都在研制开发适用于移动通讯和笔记本电脑的DMFC系统。

微型或小型DMFC的开发成功，将解决二次电池能量密度低、充电时间长等问题，可开发电子产品更多的新功能。

而且，各类便携式电子产品不断涌现，对电池的需求在不断增加，市场前景广阔。

移动通讯、笔记本电脑、PDA及电动助力车等将是DMFC的巨大潜在市场。

作为燃料电池中必需的催化剂、质子膜及零部件等关键材料，目前主要来自国外厂家，国内还没有成熟产品。

因此，随着燃料电池的不断发展，燃料电池材料将和二次电池材料一样形成巨大的市场。

因此，一般认为小型燃料电池易达到商品化。

可以预计，在近三至五年内，微小型DMFC很可能成为电子工业中新的经济增长点。

直接甲酸燃料电池的研究进展吕艳卓;郭文轩;阙奕鹏;王振波【摘要】On the basis of the unique property of formic acid and the advantages of direct formic acid fuel cell(DFAFC), the research progress in DFAFC was reviewed. The effect of the key components of membrane electrode assembly ( MEA) ,such as the catalyst and proton exchange membrane on the performance of DFAFC was analyzed. The performance degradation mechanism of single cell was summarized;some problems were discussed.%从甲酸的特性和直接甲酸燃料电池(DFAFC)的优势出发,介绍了DFAFC的研究进展.分析了膜电极组件(MEA)中的关键材料,电催化剂和质子交换膜等对DFAFC性能的影响.总结了单体电池性能下降的原因,并讨论了DFAFC目前存在的问题.【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2013(043)001【总页数】3页(P54-56)【关键词】直接甲酸燃料电池(DFAFC);膜电极组件(MEA);电催化剂;电池性能【作者】吕艳卓;郭文轩;阙奕鹏;王振波【作者单位】哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学化工学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TM911.46近年来,直接甲酸燃料电池(DFAFC)[1]的研究备受瞩目。

燃料电池dcac工作原理
燃料电池是一种利用化学能直接转化为电能的装置。

它的工作
原理涉及到化学反应和电化学过程。

燃料电池通常由阴极、阳极和
电解质层组成。

首先，让我们来看看燃料电池的直流交流工作原理。

燃料电池
内的化学反应产生电子。

这些电子会沿着外部电路流动，形成电流。

这就是所谓的直流电。

同时，化学反应还会产生离子。

这些离子穿
过电解质层，从而在阳极和阴极之间形成离子通道。

这种离子通道
的形成使得电子和离子的流动形成了一个闭合的电路，从而完成了
电化学过程。

在燃料电池中，氢气通常作为燃料，氧气（或空气中的氧气）
作为氧化剂。

在阳极，氢气发生氧化反应，释放出电子和离子。

电
子通过外部电路流向阴极，从而产生电流。

同时，离子穿过电解质
层到达阴极。

在阴极，氧气和电子以及离子结合，发生还原反应，
最终生成水。

这些反应的综合作用就产生了电能。

总的来说，燃料电池的工作原理涉及到氧化还原反应和离子传输，从而产生电能。

这种电能可以用于驱动电动汽车、发电等多种
应用。

燃料电池具有高效、清洁、环保等优点，因此在未来能源领域具有广阔的应用前景。