“直接甲醇燃料电池技术”和“直接甲酸燃料电池”课题通过验收

5月8日，中科院长春应用化学研究所承担的国家“863计划”课题——“直接甲醇燃料电池技术”和“直接甲酸燃料电池”通过科技部组织的专家验收。验收组专家、科技部高技术中心能源处处长陈硕翼、长春应化所所长助理周光远以及课题负责人和课题组成员参加了验收会议。



直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种将化学能连续不断地转化为电能的可再生清洁能源，具有能量转化效率高、运行安全方便、发电时间持久等优点，特别适合作为笔记本电脑、电动自行车等便携式中小型化电源或充电电源使用，自20世纪60年代初问世以来，迅速发展成为国际高新技术竞争中的重要热点之一。中科院长春应化所早在20世纪90年代初就在国内率先开展了直接醇类燃料电池的研究，在电催化剂、电极反应过程、质子交换膜材料基础及改性、催化电极和催化电极/质子交换膜复合体、整机集成等方面进行了系统探索，并在“十五”初期研制出国内首台百瓦级DMFC电池堆，研制成功中国首台DMFC电动自行车。



2007年5月，长春应化所与中科院大连化物所、南京师范大学获得国家“863计划”课题“直接甲醇燃料电池技术”的支持。经过3年的攻关，研究改进了催化剂的制备方法，优化了电极及MEA制备工艺，研究了不同流场及电池结构对电池性能的影响，突破了催化剂制备及性能、电极及膜电极集合体制备工艺、电池结构改进等技术关键，组装了小型自呼吸式和中型主动式DMFC样机，进行了电动自行车、手机及笔记本电脑电源的演示应用；与“十五”期间相比，有如下突破：采用空气替代纯氧气做氧化剂；实现纯甲醇进料，大幅提高系统比能量；电堆体积比功率增大5倍；尾气得到有效处理，甲醇含量仅3.55×10-4mol/L。电堆最大功率375W，运行2050小时后，性能衰减13.27%，能量转化效率43.85%；80℃工作时，单电池最大功率密度达到205mW/cm2。课题实施期间共申报国家发明专利11项，发表SCI论文41篇。



该成果的取得为直接甲醇燃料电池实用化和产业化奠定了重要基础。



直接液体燃料电池以其燃料来源广、能量转化率高、低污染、储存和运输方便等优点，以及可应用于便携式电源、电动机车和野外电站等领域，得到世界范围的关注和重视。甲酸是较好的甲醇替代燃料，直接甲酸燃料电池（DFAFC）与直接甲醇燃料电池（DMFC）相比，具有无毒、不易燃、储运方便、安全性较好和电化学活性、能量密度、质子导电更高等优点。



中科院长春应化所与中科院大连化物所、南京师范大学在国家“863计划”课题的支持下，于2007年12月共同开展了“直接甲酸燃料电池”的课题攻关。选择Pd基催化剂作为主要研究对象，同时兼顾Pt基催化剂，在技术上通过多种方法、控制实验条件来制备催化剂，并研究了控制催化剂的粒径及分散性的方法，探索了催化剂的设计及活性的影响因素，优化了碳纸、扩散层、电极的制备工艺，制备自主呼吸型DFAFC样机在室温下功率为3.75W、功率密度达38mW/cm2；主动式DFAFC样机功率为45W、功率密度达150mw/cm2。课题实施期间申报国家发明专利6项，发表论文29篇。完成了合同书中规定的任务，达到了课题目标及主要考核技术指标，专家组一致同意该课题通过验收。



该课题通过系统研究直接甲酸燃料电池的催化剂、双极板等关键材料和器件，并组装电池，为低成本、高比功率直接甲酸燃料电池的发展奠定了良好的基础。