第64卷第4期化工學(xué)報(bào)Vol. 64 No. 42013年4月CIESC JournalApril 2013研究論文資電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng).李慶，葉強(qiáng)，楊曉光(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200240)摘要:為解決直接甲醇燃料電池中甲醇氧化活性低及甲醇穿透問(wèn)題，提出一種新型的電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，高溫電解重整器重整甲醇為常溫燃料電池供氫，燃料電池的部分電能供給電解重整器使用。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的物料流、焓流、有效能流的分析，確定了系統(tǒng)中的不可逆因素。結(jié)果表明:電解重整器電壓是影響系統(tǒng)效率的重要參數(shù);升高重整器溫度可以顯著降低其電壓，但必須采用合理的壓力、甲醇溶液濃度以抑制甲醇溶液的蒸發(fā)，降低熱量損失。與傳統(tǒng)的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)以及高溫甲醇熱重整聯(lián)合質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)性能較高、結(jié)構(gòu)緊湊。關(guān)鍵詞:甲醇重整;電解;制氫;燃料電池DOI: 10. 3969/j. issn. 0438- 1157.2013. 04. 034中圖分類號(hào): TQ 152; TK 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 0438- 1157 (2013) 04- 1373-07PEMFC system incorporating a methanol electrolytic reformerLI Qing, YE Qiang, YANG Xiaoguang(School of Mechanical and Power Engineering , Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: Slow rate of methanol oxidation and its crossover are two major challenges for direct methanolfuel cells (DMFC). The sluggish kinetics can be relieved by elevating cell temperature which, however,leads to other problems like membrane dehydration. To solve these problems， it is proposed that amethanol electrolytic reformer ( MER) is combined with polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) system. Working at elevated temperature, the MER provides hydrogen for the PEMFC and isdriven by power provided by the PEMFC. Essential components included in this system are described andflows of mass, enthalpy and exergy are presented. Thermodynamic analysis shows that exergy destructionsoccur in main components, i.e. ，PEMFC and MER. The voltage of MER is an important parameterinfluencing the efficiency of the system. Rising temperature in MER, MER voltage required significantlydecreases, but exergy losses caused by heat dissipation and heat transfer increase exponentially due to theintensified evaporation of methanol solution. To mitigate evaporation, low methanol concentration and highpressure could be necessary. When MER works at higher methanol concentration, higher pressure isrequired for efficient operation. The overall performance and efficiency of this system is much better thanthat of a DMFC. Without carbon monoxide in hydrogen generated, comparing with a competitive system inwhich a thermal methanol steam reformer is incorporated, this system has potentials to be built simplier.Key words: methanol reforming; electrolysis; hydrogen production; fuel cell2012-07-03收到初稿，2012- 11- - 22收到修改稿。Received date:聯(lián)系人:葉強(qiáng)。第一作者:李慶(1988-), 男，碩士研究生。Correspoading author: Dr. YE Qiang, qye@ sjtu. edu. cn基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51276111).Foundation item: supported by the National Natural ScienceFoundation of China (51276111).第64卷1374●化工學(xué)報(bào)MERPEMFC引言| 150O,+6H*+6e^- - 3H2。O質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)采用氫氣作為燃料，性能高，其發(fā)展受制于儲(chǔ)氫問(wèn)題。直接甲醇燃料電池(DMFC)結(jié)構(gòu)與PEMFC類似，燃料61*+6e^-- - 3H2些3H2- 一6H*+6e^易于儲(chǔ)存，但常溫下甲醇電化學(xué)氧化活性不高，陽(yáng)極側(cè)極化損失較大。此外，甲醇容易穿透質(zhì)子交換g1 MERFC系統(tǒng)原理圖膜(proton exchange membrane, PEM)到達(dá)陰極Fig. 1 Schematic ilustrtion of MERFC system并與陰極側(cè)氧氣直接反應(yīng)，形成混合電勢(shì)，進(jìn)一步行壓力低，氣體壓縮功耗較小。同時(shí)，MER陰極降低了DMFC性能”。提高DMFC溫度是加快電側(cè)的析氫反應(yīng)不受甲醇穿透的影響，從而避免了化學(xué)反應(yīng)速率，降低活化過(guò)電位的有效途徑。然而DMFC中存在的陰極混合電勢(shì)損失。因此，MER-高溫下PEM極易失水，為保證其良好潤(rùn)濕，必須FC系統(tǒng)有望克服制約DMFC性能提高的兩大提高電池運(yùn)行壓力(特別是陰極側(cè)氣相反應(yīng)物壓難題。力)。氣體增壓功耗很大印，且高溫下甲醇穿透往在MER和PEMFC兩個(gè)核心部件之外，往更為嚴(yán)重，因此通過(guò)提高電池溫度來(lái)提升DM-MERFC系統(tǒng)還包括燃料罐、液體泵、換熱器、燃FC系統(tǒng)性能的方法有很大的局限性.燒器和水槽。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2(a)所示:燃料隨著甲醇電化學(xué)氧化研究的不斷深入，出現(xiàn)了罐 中輸出的甲醇、水槽輸出的水以及蒸氣冷凝生成- .種新型的制氫方法:甲醇電解制氫[1。甲醇電的甲醇和水，經(jīng)液體泵增壓、換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入解重整器(methanol electrolysis reformer, MER)MER.在MER中，電解反應(yīng)伴隨著甲醇溶液的蒸的結(jié)構(gòu)與DMFC類似，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下發(fā)，MER輸出的氫氣和二氧化碳兩股氣流中都含CH,OH() + H201)- - . CO,(g) +3H;(g) (1)有飽和的甲醇蒸氣和水蒸氣。在換熱器中冷凝大部MER陽(yáng)極發(fā)生甲醇電化學(xué)氧化反應(yīng)，陰極發(fā)分蒸氣后，氫氣氣流在水槽中除去剩余甲醇蒸氣，生析氫反應(yīng)。析氫反應(yīng)的極化損失極小，電解電壓然后通入PEMFC發(fā)電，部分電能供給MER;仍主要由甲醇電化學(xué)氧化反應(yīng)決定。為降低電解電含有少量甲醇蒸氣的二氧化碳?xì)饬骱蚉EMFC中未壓，MER需高溫運(yùn)行，此時(shí)也需提高陰陽(yáng)兩極液利用的氫氣通入燃燒器，產(chǎn)生的熱量維持MER的相溶液的壓力，但與氣體增壓相比，液體增壓功耗高溫運(yùn)行。冷凝得到的甲醇和水重新進(jìn)入系統(tǒng)，開(kāi)很小。鑒于此，在本文中MER與PEMFC聯(lián)合運(yùn)始新的循環(huán)。行，組成甲醇電解重整燃料電池系統(tǒng)(methanol2 MER 性能分析eletrolysis reforming fuel cll, MERFC)。文中首先分析了MERFC系統(tǒng)的整體構(gòu)成和MER的性MER電解反應(yīng)如式(1)所示，其標(biāo)準(zhǔn)Gibbs能，然后利用熱力學(xué)理論確定了系統(tǒng)中的各種損失自由能變?yōu)?.12 kJ. mol-', 理論平衡電位僅為并討論了MER溫度、壓力等參數(shù)的影響，最后將0.0158 v.但由于過(guò)電位的存在，MER的實(shí)際工MERFC系統(tǒng)與DMFC以及甲醇蒸汽重整燃料電作電壓要高于理論平衡電位。以下分析MER工作池系統(tǒng)(methanol steam reforming fuel cell,電壓與溫度、電流密度的關(guān)系。MSRFC)進(jìn)行比較，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。若不考慮濃差過(guò)電勢(shì)，同時(shí)忽略陰極側(cè)析氫反1 MERFC系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)活化過(guò)電位，MER的工作電壓可按式(2)0計(jì)算E= Eeww+n+n(2)MERFC系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上將傳統(tǒng)DMFC陰陽(yáng)兩極式中E為 MER電壓，E..為理論平衡電位0)，”的半反應(yīng)隔離開(kāi)來(lái)，使其在不同溫度下發(fā)生。系統(tǒng)為陽(yáng)極活化過(guò)電位，m為PEM中的電勢(shì)降。原理如圖1所示:甲醇電化學(xué)氧化反應(yīng)在高溫no可由式(3)[10]計(jì)算MER中進(jìn)行，而氧氣還原反應(yīng)在常溫PEMFC中n=下n暗(3)進(jìn)行。高溫MER中，甲醇氧化活性高，但液體壓式中R為摩爾氣體常數(shù)， F為法拉第常數(shù)，i為縮功耗很小;常溫下，PEMFC的性能很高，但運(yùn)第4期李慶等:電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng)●1375 ●3H2 ,2.84H2O(g)率(S. cm-1)。0.77CH,OH(g)1CO2,0.95H2O(g)目前，不同材料的高溫PEM,其電導(dǎo)率相差廠0.25CH.OH(g)fuel|CHOH()heat I4.79H2OME很大[12]，文中選取較為典型的SPEEK/SiO2-S復(fù)xchanger- 202CH,OH-一anode | cathodetan合膜。在本文所述的運(yùn)行條件下，該膜的相對(duì)濕度003H.O為100%，電導(dǎo)率σ=0.17 S. cm-~C3];該膜兩側(cè)024CH.O01)l o 01CH,OH(g)unSt thermal處于壓力平衡狀態(tài)，膜受力較小，取膜厚度t=253.87H,0(1)3H2,284H20(1) Lenergyμm。當(dāng)陽(yáng)極側(cè)使用PtRu催化劑時(shí)，甲醇氧化反0.77CH2OH(1)I 0.77CH2OH(1) 0.3H2electric3H2 -PEMFC應(yīng)的活化能Eee-般在30~65 kJ●mol-叫,本文取其中間值50kJ●mol-'。采用文獻(xiàn)[14]中測(cè)得的water.container陽(yáng)極電勢(shì)的數(shù)據(jù)擬合得到C=1.17X106 mA●(a) schematic diagram of MERFC system and mass flow (unit: mol)cm-2。綜合式(2)~式(5)得到MER工作電壓與_。 1578.9電流密度和溫度的經(jīng)驗(yàn)公式E=0.745-1.91X103T+8.62X 10~5 Tlni +r hefuel[ 733.8exchanger1643.1anode cathode1.47X10-i(6nk(loss 42.5)burnerMER(Ioss 0)圖3給出了MER工作電壓與溫度和電流密度。179.0(loss 33.7)_61.5的關(guān)系，可見(jiàn)在整個(gè)電流密度區(qū)間內(nèi)，溫度的升高1418.494年均使得MER電壓顯著降低?！?5.8560.4858.0(loss 381.5)PEMFC114.60.400.35waternet electricenergy(276.1)0.30(b) enthalpy flow (unit: kJ)0.251299.11977heat0.15fuell 730.0_ fexchanger1493.5tar(loss 193)0.10●80C.umerMERIoss137.8)▲120C(oss51.90.05▼160C176.626.5830000500259.270.6current density/mA. cm-2553.0706.2. PEMFC_(loss 244.9)圖3 MER 的電壓與溫度、電流密度的關(guān)系.Fig. 3 Dependence of MER voltage on current densityenergv(276.1)at different temperatures(C)exergy flow (unit:k)3 MERFC熱力學(xué)分析圖2 MERFC 系統(tǒng)中的質(zhì)量、能量流動(dòng)Fig.2 Mass and energy flow in MERFC system3.1參數(shù)選擇及假設(shè)電流密度(mA●cm~2)， io為交換電流密度如圖3所示，當(dāng)MER溫度選定為130°C，電(mA. cm-*),由式()1計(jì)算解電壓為0.22 V時(shí)，電流密度即可達(dá)到1 A●i=Cexp(- 鶻)(4)cm-“左右，此時(shí)的制氫速率足以滿足系統(tǒng)要求。式中C為反應(yīng)常數(shù) (mA. cm~2)，E.為甲醇氧高溫下，為保證液態(tài)溶液的存在及抑制甲醇溶液蒸發(fā)，必須恰當(dāng)選用MER壓力及甲醇溶液濃度，使化反應(yīng)的活化能(kJ ●mol-)。MER壓力大于甲醇溶液的飽和蒸氣壓。圖4給出加可由歐姆定律計(jì)算了不同濃度條件下，甲醇溶液飽和蒸氣壓與溫度的加=i一(5)關(guān)系。甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.04,溫度為130C時(shí)，溶式中t為 PEM厚度(m)， σ為PEM的質(zhì)子傳導(dǎo)液的飽和蒸氣壓約為0.3 MPa。因而，MER的工.●1376 ●化工學(xué)報(bào)第64卷0.83.2物料流圖、 焓流圖、有效能流圖methanol molar fraction:依照以上參數(shù)和假設(shè)，本文以電解1 mol甲醇●0.04為基準(zhǔn)，環(huán)境溫度和壓力分別為25C、0.101●0.10MPa，計(jì)算得到了MERFC的物料流圖、焓流圖、▲0.16有效能流圖，分別為圖2(a)~(c).由物料流圖可知，MER出口的氫氣、二氧化碳、水蒸氣、甲醇蒸氣的摩爾比為3:1 : 3.8: 1,四者處于-一個(gè)數(shù)量E 0.2級(jí)，因此電解過(guò)程伴隨著水和甲醇的劇烈蒸發(fā)。如焓流圖所示，PEMFC和燃燒器提供給MER的能”0.量之和為176.1 kJ，而電解反應(yīng)[式(1)] 的生成0401012040焓變?yōu)?30.9kJ,高達(dá)45.2kJ的能量被蒸發(fā)過(guò)程temperature/C吸收，蒸氣在換熱器中冷凝并釋放潛熱，不可避免圖4不同甲醇摩爾分?jǐn)?shù)下甲醇溶液飽和地散失部分熱量。因此，抑制MER中甲醇溶液的蒸氣壓與溫度的關(guān)系蒸發(fā)，減少反應(yīng)物在系統(tǒng)中的流量，既可以降低燃Fig. 4 Dependence of saturated vapor pressure on燒器的熱量負(fù)荷，也可以減少換熱器中的熱量損temperature at different methanol concentrations失。由有效能流圖可知，各部件的有效能損失之和表1系統(tǒng)各部件運(yùn)行參數(shù)為453.9kJ,且損失可分為兩大類:一類是由于電Table 1 Parameters of system components化學(xué)反應(yīng)的不可逆性造成的損失，發(fā)生在PEMFCComponentParameterValue和MER，分別占總損失的54. 0%和30. 4%;另一MERtemperature/ c130voltage/V0.22類是散熱以及溫差換熱帶來(lái)的損失，發(fā)生在換熱0.6器、燃燒器、MER。第一類損失，主要受PEMFCmethanol molar fraction0.04和MER兩者電壓的影響;第二類損失，主要受PEMFC0.75hydrogen utilization rate0. 90MER溫度、壓力、甲醇濃度的影響。83.3參數(shù)的影響heat exchanger heat exchanger eficiency0.3.3.1 MER 和PEMFC工作電壓的影響如 3.2hot side exit temperature/C4(burner25節(jié)所述: PEMFC和MER是系統(tǒng)有效能損失的最heat exchanger eficiency大源頭，兩者的性能是影響系統(tǒng)性能的重要因素。作壓力必須高于此值，文中選取在0.6 MPa.其他圖5給出了不同PEMFC電壓條件下MERFC效率部件(如PEMFC)的運(yùn)行參數(shù)選取典型值，具體(有效能效率)隨MER電壓變化的關(guān)系。系統(tǒng)有效能效率定義如下如表1所示。w(7)為降低系統(tǒng)復(fù)雜性，熱力學(xué)分析做出以下5點(diǎn)”= nx ercngou假設(shè)式中W.為系統(tǒng)輸出的凈電能，n為消耗的甲醇(1)在MER和換熱器處，甲醇水溶液處于氣量，excn,on為甲醇的化學(xué)有效能。如圖5所示，液兩相平衡狀態(tài)，且氫氣或二氧化碳的存在對(duì)平衡PEMFC電壓保持不變時(shí)，系統(tǒng)效率隨著電解池電沒(méi)有影響; .壓的降低而顯著升高。同樣，MER電壓保持不變(2)在MER和換熱器處，氣體混合物中各組時(shí)，PEMFC電壓越高，系統(tǒng)效率越大。因而，在.分的摩爾量與其分壓力呈正比5];電流密度不變的情況下，降低MER電壓，提高(3)溶液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)在0.04~0.16時(shí)，PEMFC電壓，對(duì)于系統(tǒng)高效運(yùn)行至關(guān)重要。如圖甲醇濃度對(duì)MER電解電壓的影響忽略不計(jì)C3.67];3所示，提高M(jìn)ER溫度，可以顯著降低MER電(4) MER向環(huán)境的散熱忽略不計(jì); .壓，從而可以大大減少電化學(xué)反應(yīng)造成的不可逆(5)由于液體泵的寄生能耗極小，不考慮其對(duì)損失。系統(tǒng)效率的影響。.3.3.2 MER 工作溫度的影響如圖 2(b)所示，第4期李慶等:電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng)， 1377 ●0.60.40=0.已0.0.35-毛0.3MER pessur/MPa:■0.5蓄0.2- PEMFC vlag/v:s 0.30●0.6■0.60▲0.7●0.75MER temperature: 130C▲0.900.2.30.4 0.5 0.600.060.080.10 0.120.14 0.16MER volage/Vmethanol molar fraction圖5效率與 MER電壓和PEMFC電壓的關(guān)系圖7效率與甲醇摩爾分?jǐn)?shù)和工作壓力的關(guān)系Fig. 5 Influence of MER voltage on system eficiencyFig. 7 Influence of methanol concentration onat different PEMFC voltagessystem efficiency at different MER pressures1000▲electric energy低了甲醇蒸氣和水蒸氣在混合氣體中的比例。因●thermal energy此，兩種方法皆可抑制甲醇和水的蒸發(fā)，降低系統(tǒng)800的熱量散失。圖7給出了不同MER工作壓力下，H0.32 600系統(tǒng)效率隨甲醇溶液濃度的變化曲線。如圖所示，ER pressure: 0.6 MPamethanol molar fraction: 0.04任--工作壓力下，系統(tǒng)效率均隨著甲醇溶液濃度的4000.2 芬升高而逐漸降低。從圖中還可以看到，當(dāng)甲醇溶液20濃度較高時(shí)，系統(tǒng)工作壓力的升高可以帶來(lái)系統(tǒng)效率的大幅度提升;而當(dāng)甲醇溶液濃度較低時(shí)，工作- J0.160140壓力對(duì)系統(tǒng)效率的影響并不明顯。MER temperature/C圖6MER溫度對(duì)MERFC系統(tǒng)效率的影響4 MERFC與MSRFC和DMFC的Fig. 6 Impact of MER temperature on比較efficiency of MERFC system4.1 MERFC與MSRFC的比較MER的能量來(lái)自PEMFC提供的電能和燃燒器提與本文提出的MERFC類似，MSRFC也是一供的熱能。圖6給出了兩者隨MER工作溫度的變種利用甲醇重整制取氫氣，通人PEMFC發(fā)電的系化曲線。如圖所示，MER工作溫度的升高對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)，區(qū)別之- -在于MSRFC是利用甲醇蒸氣重整器有著雙重影響: -方面，溫度越高，電解電壓越(methanol steam reformer, MSR)制取氫氣，其低，MER消耗的電能越少;另一方面，溫度的升工作溫度高(一般工作在250~ 350C[46)，而高促進(jìn)了甲醇溶液的蒸發(fā)，增加了系統(tǒng)的熱能損MER工作在130C左右，工作溫度低。圖8對(duì)比失，使MER所需的熱能呈指數(shù)型增長(zhǎng)。當(dāng)系統(tǒng)所了MERFC和MSRFC系統(tǒng)中各部件的有效能損節(jié)省的電能和所增加熱能的有效能相等時(shí)，達(dá)到最失，其中MSRFC的參數(shù)采用文獻(xiàn)[17]中的數(shù)據(jù),高效率，此時(shí)的工作溫度為最佳溫度。值得注意的同時(shí)將氫氣凈化過(guò)程的損失歸入蒸氣重整器的損是，當(dāng)MER溫度低于某一特定溫度時(shí)(圖6中約失。由圖可知:無(wú)論是MERFC還是MSRFC, .為100C)，由于電解電壓較高，由PEMFC提供PEMFC處的損失均為最大;在重整器處，前者的的電能足以滿足其能量需求，不需燃燒器提供損失約為后者的2倍;而在燃燒器處，前者的損失熱能。僅為后者的一-半。因此，在PEMFC處的損失之3.3.3 MER 工作壓力與甲醇濃度的影響理論 .外，MERFC的不可逆損失主要出現(xiàn)在電解過(guò)程;上，降低甲醇濃度可以降低甲醇蒸氣的分壓力和其而MSRFC的不可逆損失主要在燃燒和換熱過(guò)程。在混合氣體中的比例;提高M(jìn)ER壓力，則同時(shí)降由于MERFC的總損失大于MSRFC,前者的效率●1378●化工學(xué)報(bào)第64卷300綜合看來(lái)，三者之中，MSRFC的性能最高，MERFC但是由于甲醇蒸氣重整過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高濃度的一250MSRFC氧化碳，需要安裝復(fù)雜的一氧化碳去除裝置，因此200MSRFC系統(tǒng)比較復(fù)雜、啟動(dòng)也較慢。MERFC的性能居于MSRFC和DMFC之間，并且系統(tǒng)整體客150體積緊湊，占用空間小。雖然DMFC性能最低，100但它不需要重整器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因此，對(duì)于需要大0功率密度并且空間充裕的場(chǎng)合，MSRFC最為合適;對(duì)于功率要求較高并且空間有限的場(chǎng)合，heat exchanger burmerreformerPEMFCMERFC是很好的選擇;而對(duì)于功率需求不大的便圖8MERFC和MSRFC各部件的有效能損失攜式電器等場(chǎng)合，DMFC最佳。Fig.8 Exergy loss in each unit of MERFC in5結(jié)論comparison to MSRFC本文介紹了一種新型的甲醇電解重整燃料電池■MSRFC系統(tǒng)，系統(tǒng)利用高溫MER電解甲醇制氫，而后將●MERFC產(chǎn)生的氫氣輸送到常溫PEMFC中產(chǎn)生電能，解決▲DMFC了傳統(tǒng)DMFC中甲醇氧化活性低和甲醇穿透兩大問(wèn)題。通過(guò)MER性能分析和MERFC熱力學(xué)分析，找出了熱量損失和有效能損失的來(lái)源，并討論y 0.4-了MER溫度、壓力、甲醇溶液濃度等參數(shù)的影響，得到如下結(jié)論。(1)MER和PEMFC的性能是決定MERFC整體效率和性能的關(guān)鍵，提高PEMFC電壓，降低.00400600MER電壓，可以有效地提高系統(tǒng)的效率。current density/mA.cm-2(2) MER在高溫下運(yùn)行，電解電壓降低，但圖9 MERFC、 DMFC、MSRFC 的伏安特性曲線必須采用合理的壓力、甲醇溶液濃度抑制甲醇溶液Fig.9 U-I curves of MERFC, DMFC and MSRFC的過(guò)度蒸發(fā)，減少反應(yīng)物在系統(tǒng)內(nèi)的流量，降低系低于后者。.統(tǒng)熱耗。4.2 MERFC 與DMFC的比較3)MERFC的效率和單電池的功率密度低于MERFC的性能主要由PEMFC和MER共同MSRFC,但比DMFC高很多。同時(shí)，它結(jié)構(gòu)緊決定。采用文獻(xiàn)[10]給出的PEMFC和DMFC的湊，占用空間小，適用于功率密度要求較高而空間伏安特性曲線，圖9給出了MSRFC、MERFC和有限的場(chǎng)合。DMFC系統(tǒng)的伏安特性曲線圖。如圖所示，在相References同的電流密度下，MERFC的電壓要比DMFC高很多，并且在較寬的電流密度區(qū)間內(nèi)MERFC均能[1] Arico A S, Srinivasan S, Antonucci V. DMFCs: fronfundamental aspects to technology development [J]. Fuel保持較高電壓，因此MERFC的功率密度和效率也Cells, 2001, 1 (2): 133-161遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DMFC。經(jīng)理論計(jì)算，MERFC高溫.[2Andrian Stefanie V, Josefin Meusinger. Process analysis of a(130°C)運(yùn)行時(shí)的寄生能耗只占發(fā)電量的0. 03%,liquid-eed direct methanol fuel cell system [J]. Journal ofPower Sources, 2000, 91 (2): 193-201因此系統(tǒng)輸出的凈電能比常溫運(yùn)行時(shí)增大很多;而[3] Cloutier C R，Wilkinson D P. Electrolytic production ofDMFC高溫運(yùn)行時(shí)，雖然電壓有所提高，但寄生hydrogen from aqueous acidic methanol solutions [J].能耗高達(dá)發(fā)電量的22. 5%，系統(tǒng)輸出的凈電能往International Journal of Hydrogen Energy, 2010， 35(9): 3967-3984往不升反降[2]。相對(duì)于DMFC，MERFC的性能優(yōu)[4] Woods R, Root I, Lyer R H, Porter B F. Electrochemical勢(shì)明顯。reformer and fuel cell system [P]: US, 6299744B1. 2001-第4期李慶等:電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng)●1379 ●Energy Conversion and Management， 2008， 49 (10):[5] Take T, Tsurutani K, Umeda M. Hydrogen production by2748-2756methanol-water solution electrolysis [J ]. Journal of12] Li Qingfeng， He Ronghuan, Jens Oluf Jensen, Niels JPower Sources, 2007，164 (1): 9-16Bjerrum. Approaches and recent development of polymer[6] Sasikumar G, Muthumeenal A, Pethaiah S S, Nachiappanelectrolyte membranes for fuel cells operating above 100CN, Balaji R. Aqueous methanol electrolysis using proton[J]. Chemistryof Materials, 2003, 15 (26): 4896-4915conducting membrane for hydrogen production [ J ]. .[13] Gao Qijun, WangInternational Journal of Hydrogen Energy, 2008， 33Zhitao. Proton- exchange sulfonated poly( ether ether ketone)(21): 5905-5910(SPEEK) /SiO, -S composite membranes in direct methanol[7]HuZY, Wu M, WeiZD, Song s Q, ShenP K. Pr-WC/Cfuel clls [J]. Chin.J. Chem. Eng，2009， 17 (2):as a cathode letrcatalyst for bhydrogen production by207-213methanol electrolysis [J]. Journal of Power Sources ，[14] AricoA s, Antonucci P L, Modica E, Baglio V, Kim H,2007, 166 (2): 458-461 .Antonucci V. 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