直接甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）屬于質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）中的類，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來(lái)源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發(fā)電。相較于質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） ，直接甲醇燃料電池 （DMFC） 具備低溫快速啟動(dòng)、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特性。這使得直接甲醇燃料電池 （DMFC）可能成為未來(lái)便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。
直接甲醇燃料電池的工作原理
直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽(yáng)極轉(zhuǎn)換成二氧化碳，質(zhì)子（氫核或氫離子）和電子，如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜遷移往并在陰極與氧反應(yīng)，而電子則通過外電路的負(fù)載到達(dá)陽(yáng)極，并做功。
堿性條件
在負(fù)極： 2 CH3OH + 16 （OH-） - 12 （e–） → 2（CO32-）+ 12 （H2O）
在正極： 3 O2+ 12 （e–） + 6 （H2O） → 12 （OH- ）
總反應(yīng)式：2 CH3OH + 3O2+ 4（OH-）= 2 （CO32-）+ 6 H2O
酸性條件
在負(fù)極：2 （CH3OH） - 12 （e–） + 2 H2O → 12 H+ + 2 CO2
在正極：3 O2 + 12 （e-） + 12 H+ → 6 H2O
總反應(yīng)式： 2 CH3OH + 3 O2 = 4 H2O + 2 CO2
這種電池的期望工作溫度為120攝氏度以下，比標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行操作溫度略高，其效率大約是40%左右。
直接甲醇燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種，它直接使用甲醇而勿需預(yù)先重整。甲醇在陽(yáng)極轉(zhuǎn)換成二氧化碳和氫離子，如同標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子交換膜燃料電池一樣，氫然后再與氧反應(yīng)。
直接甲醇燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
直接甲醇燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高，可靠性強(qiáng)，質(zhì)能比高，清潔，易啟動(dòng)，無(wú)噪音，低輻射，隱蔽性強(qiáng)，模塊化結(jié)構(gòu)，靈活方便，可水、電、熱聯(lián)供等優(yōu)點(diǎn)。
缺點(diǎn)
缺點(diǎn)是當(dāng)甲醇低溫轉(zhuǎn)換為氫和二氧化碳時(shí)要比常規(guī)的質(zhì)子交換膜燃料電池需要更多的白金催化劑。不過，這種增加的成本可以方便地使用液體燃料，無(wú)需進(jìn)行重整便能工作而相形見絀。直接甲醇燃料電池使用的技術(shù)仍處于其發(fā)展的早期，但已成功地顯示出可以用作移動(dòng)電話和膝上型電腦的電源，將來(lái)還具有為指定的終端用戶使用的潛力。
直接甲醇燃料電池影響性能的因素
1、陽(yáng)極催化甲醇的電催化劑，一般來(lái)說陽(yáng)極催化起始在0.4V左右，商業(yè)化使用的是PtRu/C催化劑，約存在0.2~0.4V的過電位，特別是在高電流情況下，過電位更高。
2、陰極氧還原催化劑，使用的Pt/C催化劑，起始電位約在0.9V左右，存在0.3~0.6V過電位。催化活性還有很大程度的提高。
3、膜是質(zhì)子交換膜，其質(zhì)子交換能力也會(huì)影響效率，此外，甲醇的透過性也會(huì)影響催化，（甲醇透過膜到陰極后，會(huì)產(chǎn)生混合電勢(shì)影響效率）。
直接甲醇燃料電池的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)在直接甲醇燃料電池研究方面起步較晚。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所推出了應(yīng)用于小型風(fēng)扇、ＰＤＡ、玩具車以及手機(jī)用直接甲醇燃料電池實(shí)驗(yàn)演示原型。該所還采用物理氣相沉積法在硅片表面沉積金屬?gòu)?fù)合層作為集流體，有效降低了ＭＥＭＳ微型燃料電池的內(nèi)阻。清華大學(xué)微電子研究所對(duì)以多孔硅為基礎(chǔ)的ＭＥＭＳ微型燃料電池進(jìn)行了深入研究。中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所對(duì)微型燃料電池的電池結(jié)構(gòu)、封裝、系統(tǒng)集成等方面的研究也取得了較好的進(jìn)展。
直接甲醇燃料電池面臨的問題
直接甲醇燃料電池雖然最有可能補(bǔ)充和替代目前廣泛使用的蓄電池，但是也存在著許多問題：
1）技術(shù)上，催化劑的低活性和甲醇的滲透2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題阻礙著微型直接甲醇燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用，特別是低溫條件下的甲醇陽(yáng)極催化劑性能亟待提高；
2）制造上，直接甲醇燃料電池的發(fā)展趨勢(shì)是微型化、集成化和高能化，但是，由于目前燃料電池還未產(chǎn)業(yè)化，各種電池零部件的加工有時(shí)還達(dá)不到設(shè)計(jì)精度的要求，甚至無(wú)法規(guī)模加工。同時(shí)，電池的微型化、集成化勢(shì)必引起比能量的下降，這與提高電池比功率密度相矛盾。
3）成本上，直接甲醇燃料電池所需的催化劑、電解質(zhì)膜、極板等材料價(jià)格昂貴，制備和加工成本高。因此，要使直接甲醇燃料電池商業(yè)化并具有競(jìng)爭(zhēng)力，就必須把電池生產(chǎn)成本降低到目前使用的蓄電池價(jià)格上甚至更低。