!""卷（#$$%年）"期物理学与新能源材料专题直接甲醇燃料电池!汪国雄!!孙公权&!!辛!勤!!衣宝廉（中国科学院大连化学物理研究所!大连!’’($#"）摘!要!!文章简要介绍了直接甲醇燃料电池（)*+,）的主要特点、工作原理、应用前景、技术状态及其商业化面临的挑战-开发能够提高甲醇氧化和氧还原动力学速率的低成本电催化剂，制备具有高质子电导率、低甲醇渗透率的电解质膜，实现高性能、长寿命的电极、膜电极制备技术以及系统集成技术的突破对)*+,商业化至关重要-关键词!!直接甲醇燃料电池（)*+,），电催化剂，膜电极（*./），系统集成!"#$%&’$&()*+,-.$,%$,,/0/12234567489!!:;124895<3=8&!!6>1<78!!?>@=45A7=8（!"#$"%&%’($()(*+,-.*/$0"#1.2’$0’，-.$%*’*30"4*/2+,50$*%0*’，!"#$"%6’’($#"，-.$%"）01/&#)%&22BCDEC=F=EGDF7HG7EH，IF78E7IJD，IF4HIDEG7KD=IIJ7E=G748H=8LE4MMDFE7=JEC=JJD89DH4NL7FDEGMDGC5=84JN3DJEDJJH（)*+,H）=FDOF7DNJPFDK7DQDL-BCDE3FFD8GGDEC84J497E=JHG=G3H=8LE4MMDFE7=J7R=G748EC=JJD859DH=FDIFDHD8GDL-BCDLDKDJ4IMD8G4NJ4Q5E4HGDJDEGF4E=G=JPHGHG478EFD=HDGCDF=GD4NMDGC=84J4S7L=G748=8L4SP9D8FDL3EG748，8DQI4JPMDFDJDEGF4JPGDMDMOF=8DHQ7GCC79C7487EE48L3EG7K7GP=8LJ4QMDGC=84JEF4HH54KDF，GCDN=OF7E=G7484NMDMOF=8D=8LDJDEGF4LD=HHDMOJ7DHQ7GCC79CIDFN4FM=8ED，=8L=OFD=TGCF439C78HPHGDM78GD59F=G748=FDEF3E7=JG4GCDE4MMDFE7=J7R=G7484N)*+,H-3$45+#6/22L7FDEGMDGC=84JN3DJEDJJ，DJDEGF4E=G=JPHGH，MDMOF=8D=8LDJDEGF4LD=HHDMOJP，HPHGDM78GD9F=5G748!!国家高技术研究发展计划（批准号：#$$"//U’V$%$）资助项目；国家自然科学基金（批准号：#$’V"$($）资助项目；中国科学院知识创新工程领域前沿项目（批准号：W#$$’)’，W#$$")#）#$$"X’$X"$收到初稿，#$$"X’#X’(修回&!通讯联系人-.5M=7J：9YH38ZL7EI-=E-E8’!引言直接甲醇燃料电池（)*+,）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-)*+,研究始于#$世纪($年代，:CDJJ，.SS48以及[7G=EC7等公司在该领域做了大量工作［’］-#$世纪\$年代初，由于全氟磺酸膜（1=5N748!）的成功应用，电极性能大幅度提高，)*+,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（]^A）、A4H/J=M4H国家实验室（A/1A）、西部保留地大学（,0_;）等单位在电催化剂、电解质膜和膜电极（*./）、电池系统等方面的研究取得了可喜成就-#$$’年U月，美国陆军研究室（/_A）组织了由##个单位参加的技术合作联盟，重点开发单兵作战武器电源的)*+,-#$$#年‘月，*B>*7FE4+3DJ,DJJH公司展示了空气自呼吸（=7FXOFD=GC789）式用于^)/、手机电源的)*+,样机-#$$"年#月，美国总统布什试用该样机进行了长时间通话-在)*+,作为笔记本电脑电源的研制方面，日本1.,公司于#$$"年\月披露了总重约\$$9、燃料容量为"$$MJ的样机，连续工作U小时，最大输出功率达#%0，输出电压为’#a，声称电池·789·物理的性能为全球最高，产品期望在!""#年商业化$此外，!""%年&月，德国’()*+,-./0.//（’,0）公司推出了世界上第一个面向终端用户的12,0独立系统’,03!4，使用!$45甲醇燃料可在全功率下工作6"—&"小时$此外，许多国际著名公司加入了12,0研发的行列，如美国的78+./，29+9*9/)，:)//3.*9;<)=.，5>88+.=?，@A9B.*，CD8.*E/.=+*9=?.(D=)/’>;+.(;，日本的@D+)=?D，F9;?DG)，’98>，韩国的’)(H;-8I等等，这无疑将大大加速12,0的商业化进程$国内12,0的研究始于!"世纪J"年代初，目前有!"余个单位先后开展了12,0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$12,0技术之所以成为国际上研究与开发的热点，主要在于其广阔的应用前景$从技术层面上讲，12,0的研究和开发目前依然面临着以下挑战：即常温下燃料甲醇的电催化氧化速率较慢，贵金属电催化剂易被0K类中间产物毒化，电流密度较低；电池工作时甲醇和水从阳极至阴极的渗透率较高，致使电池性能下降，水热管理复杂，使用寿命尚不理想$!L工作原理直接甲醇燃料电池的工作原理如图M所示［!］：图ML直接甲醇燃料电池工作原理阳极：0...
