燃料电池是直接以化学反应方式将燃料的 化学能转换为电能的能量转换装置，是一 种绿色的能源技术。
1.1燃料电池

美国《时代周刊》将燃料电池列为 21 世 纪的高科技之首。
在我国的科技发展规划中，燃料电池技术 也被列为重要的发展方向之一。 燃料电池发电是继水力、火力和核能发电 之后的第四类发电技术。
目前
目前 在 PEMFC 向商业化迈进的过程中，氢 源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大， 氢的贮存与运输技术以及氢的制备技术等还远 落后于 PEMFC 自身的发展， 20 世纪末，以醇类直接为燃料的燃料电池成 为了研究与开发的热点，受到了世界各国的广 泛重视，并取得了长足的进展。
直接醇类燃料电池
燃料电池催化剂
除此以外Pt,Pd等贵金属具有 更好的抗氧化、抗腐蚀、耐高 温等特点，能适应恶劣的反应 条件。
燃料电池催化剂
（1）Pt资源匮乏； （2）价格昂贵； （3）抗毒能力差。
燃料电池催化剂
1 采用Pt 与其他金属的合金化 2 采用Pt 单层修饰其他金属或者核壳 结构的方法 3 研究非Pt 低Pt催化剂材料
直接醇类燃料电池
直接乙醇燃料电池(DEFC)
在碱性介质中乙醇的反应如下： 阳极反应：C2H5OH+16OH-→2CO32-+11H2O +12e阴极反应：3O2+6H2O+12e-→12OH总反应： C2H5OH+3O2+4OH-→2CO32-+5H2O
直接醇类燃料电池
直接乙醇燃料电池(DEFC)
燃料电池综述
1.研究背景 2.燃料电池 3.催化剂 4. 表征方法 5. 展望
1. 研究背景
1.1能源问题? 1.2燃料电池
1.3 燃料电池催化剂?
1.1能源问题
人类历史显示，能源技术的突破和创新都促 进了社会的繁荣和人类的进步。
1.1能源问题

目前我们所面临的是能源危机和环境污染 等问题。
1.1能源问题
直接醇类燃料电池
进入 90 年代后，美国、欧共体、 加拿大、日本、中国等国家相继 开展了对直接甲醇燃料电池的研 究和应用方面的探索
直接醇类燃料电池
世界领先地位的研究机构美国洛 斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory ， LANL ）、 加 利 福 尼 亚 工 学 院 喷 气 推 进 实 验 室 （ Jet Propulsion Labroratory）德国 西门子、意大利 CNR-TAE 研究 院及英Newcastle 大学等都在进 行 DMFC 的研究
直接醇类燃料电池
尽管对 DMFC 的研究已经取得了十 分可喜的成绩，但其也具有很多不 易克服的缺点如： 1 毒性高 2 会刺激人类神经，过量导致 失明。
[21] Fujiwara N, Friedrich K A, Stimming U. Ethanol oxidation on PtRu electrodes studied by differential electrochemical mass spectrometry. Journal of Electroanalytical Chemistry, 1999, 472: 120-125
金属催化剂、金属氧化物催化剂
金属能带
但也不是d带空穴越多，其催化活性就越大。因 为过多可能造成吸附太强，不利于催化反应。
燃料电池催化剂
铂被证明是用于低温燃料电池的最佳催化剂活性组分.
Pt,Pd作为贵金属的一种都是具有空的d轨 道，能够与很多带电物种发生吸附作用， 并且强度适中，形成活性物种而促进反应 的进行
1973 年
1973 年发生石油危机后，世界 各国普遍认识到能源的重要性 人们研究了以净化重整气为燃料 的磷酸型燃料电池(PAFC，称为 第一代燃料电池)
以净化煤气、天然气为燃料的熔
融碳酸盐型燃料电池(MCFC，称 为第二代燃料电池) 还有固体氧化物电解质燃料电池 (SOFC，称为第三代燃料电池)


1.1燃料电池

燃料电池发电是继水力、火力和核能发电 之后的第四类发电技术。
1.1燃料电池的特点

燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率 限制。
清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机 等大型设备、没有SO x、NO x气体和固体粉 尘的排放。

1.1燃料电池的特点

可靠性和操作性良好，噪声低。 所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大 灵活性。
[19] 沁 梦 . 诺 基 亚 推 出 使 用 燃 料 电 池 的蓝牙耳机. /information/newproduct/ shownewproduct.asp?id=2635, 2004-07-12
直接醇类燃料电池
克莱斯勒公司也生产出时速 可达 35 km h-1 的 DMFC 电动汽车
[2] 衣宝廉. 燃料电池——原理·技术·应用. 第一版. 北京: 北京化学工业出版 社, 2000, 1-4
。
20 世纪60 年代
20 世纪60 年代,燃料 电池首次应用在美国 航空航天管理局 ( NASA)的阿波罗登月 飞船上作为辅助电源, 为人类登月球做出了 积极贡献。
1959 年
培根制造出能够工作的燃料电池， 也就是一部燃料电池的 5kW 的焊接机。
燃料电池的基本组成
阳极、阴极、电解质和催化剂。
燃料电池的分类
按电解质的种类不同。 有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质 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） 质子交换膜燃料电池（PEMFC）
燃料电池发展历程
1839年
20世纪 60年代 1959年
直接醇类燃料电池
3 蒸汽与空气可形成爆炸性物质， 4 需由非再生的化石燃料获得， 5 易通过质子交换膜渗透到阴极[21]等。 这些缺点使得世界各国科学家已开始寻找其 他更好的燃料来代替甲醇。
[21] Fujiwara N, Friedrich K A, Stimming U. Ethanol oxidation on PtRu electrodes studied by differential electrochemical mass spectrometry. Journal of Electroanalytical Chemistry, 1999, 472: 120-125
研究非Pt 低Pt催化剂材料 非铂催化剂在酸性直接醇类 燃料电池中的研究非铂催化 剂的研究，主要采用Pd基或 Ru基掺杂其他金属制备催化 剂
Pd基
Pd 基催化剂不仅比 Pt 便宜，而且 Pd 资源储量丰富，虽然Pd 对氧还 原（ORR）催化活性不如 Pt 好， 但是 Pt/Pd 合金能够在一定程度上 缩小 CO 中毒作用。
直接醇类燃料电池
直接乙醇燃料电池(DEFC)
在酸性介质中乙醇的反应如下： 阳极反应：C2H5OH+3H2O→2CO2+ 12H++12e- E=0.087V 阴极反应：3O2+12H++12e-→6H2O E=1.229V 总反应： C2H5OH +3O2 →2CO2+ 3H2O △E=1.142V
1993 年
1993 年, 加拿大 Ballard 电力公司展示 了一辆零排放、最高 时速为72km/ h、以质 子交换膜燃料电池 ( PEMFC) 为动力的 公交车[ 2] , 引发了全球 性燃料电池电动车的 [ 2 ] Prater K B. J. Power Sources, 1993, 研究开发热潮. 37: 181
直接甲醇燃料电池(DMFC) 直接乙醇燃料电池(DEFC)
直接醇类燃料电池
直接甲醇燃料电池（DMFC）最早于 20 世 纪 60、70 年代分别由英国的 Shell和法国 的 Exxon-Alsthom 提出[16]
[16] McNicol B D, Rand D A J, Williams K R. Direct methanol-air fuel cells for road transportation. Journal of Power Sources, 1999, 83: 15-31
同年，Allis-Chalmers 公司也推出了第 一部以燃料电池为动力的农用拖拉机。
1973 年
研究重点从航天转向地 面发电装置, 磷酸燃料电 池( PAFC ) 、熔融碳酸 盐电池( MCFC) 以及直 接采用天然气、煤气和 碳氢化合物作燃料的固 体氧化物燃料电池 ( SOFC) 作为电站或分 散式电站相继问世
1973年
1993年
目前
1889年
1839年
1839 年, 英国科 学家Grove 首先 介绍了燃料电池 的原理性实【1】。
[ 1 ] Grove W R. Phil. Mag. , 1839, 14: 127
1889年
1889 年，L.Mond 和 nger 以铂黑为电催化 剂，以钻孔的铂为电流收集 器组装出燃料电池，当工作 电流密度为 3.5 mA /cm-2时， 电池的输出电压为 0.73V。 这个研究已经很接近现代的 燃料电池了[2]
ntonucci V. Direct methanol fuel cells for mobile applications: A strategy for the future. Fuel Cells Bulletin, 1999, 2: 6-8
直接醇类燃料电池
诺基亚公司成功试制了使用 直接甲醇燃料电池的蓝牙耳 机，这种新型能源的耳机在 续航能力上比常规的内置充 电锂离子电池的蓝牙耳机提 高 2 倍左右[19]
催化剂的分类
按反应体系的相态分为 均相催化剂和多相催化剂