直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池通常稱(chēng)為直接甲醇燃料電池(DMFC)。直接甲醇燃料電池不需要在中間轉(zhuǎn)化裝置,因而具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積能量密度高,還具有起動(dòng)時(shí)間短、負(fù)載響應(yīng)特性佳、運(yùn)行可靠性高,在較大的溫度范圍內(nèi)都能正常工作,燃料補(bǔ)充方便等優(yōu)點(diǎn)。

直接甲醇燃料電池因其自身的優(yōu)勢(shì)引起全世界各國(guó)燃料電池研究人員的注意，是各國(guó)政府優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)之一。目前直接甲醇燃料用領(lǐng)域非常廣泛,主要分為(1)野外作業(yè)或領(lǐng)域的便攜式移動(dòng)電源;(2)50——1000kW的固定式發(fā)電設(shè)備;(3)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源;(4)移動(dòng)通訊設(shè)備電源。

直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種高效清潔的新型能源，但是所依賴(lài)的甲烷氧化反應(yīng)（MOR）十分緩慢。在燃料電池工作過(guò)程中，常用鉑催化劑受到中間化學(xué)產(chǎn)物影響，有效活性表面積會(huì)逐漸降低，因此，基于黃金的替代物很有吸引力。然而，與鉑金一樣，黃金太稀缺，價(jià)格昂貴，不適合在汽車(chē)上大規(guī)模使用。

據(jù)外媒報(bào)道，研究人員提出一種制備金鎳納米薄膜的簡(jiǎn)易方法，既能減少黃金用量，又能優(yōu)化催化活性和穩(wěn)定性。此項(xiàng)研究由昆士蘭大學(xué)的YusukeYamauchi領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行。他表示：“黃金的催化活性很有趣。在常規(guī)狀態(tài)下，不易發(fā)生反應(yīng)。形成納米結(jié)構(gòu)后，卻能在低溫環(huán)境中，促進(jìn)各種氧化反應(yīng)發(fā)生。由于鉑金不具備長(zhǎng)期耐久性，所以，黃金有望取代鉑金，成為新一代催化劑。”參與此項(xiàng)研究的院校還有：與早稻田大學(xué)、日本國(guó)立材料科學(xué)研究所、澳大利亞伍倫貢大學(xué)、天津大學(xué)、青島科技大學(xué)、韓國(guó)慶熙大學(xué)。

納米結(jié)構(gòu)金屬，特別是納米多孔金屬，可通過(guò)多種方法合成，只是相關(guān)合成過(guò)程大多步驟繁雜，而且需要滿(mǎn)足苛刻的條件。在這種情況下，Yamauchi及其同事開(kāi)發(fā)了一種名為“軟模板”（soft-templated）方法。在含有聚合物膠束的溶液中，金屬前體被電化學(xué)還原。膠束作為模板或模具，在金屬薄膜中形成孔隙，之后可以利用溶劑輕松去除。他表示：“我們的方法非常簡(jiǎn)單，也不費(fèi)時(shí)間。通過(guò)簡(jiǎn)單的制備過(guò)程，可以合成具有優(yōu)異電催化活性的介孔雙金屬金-鎳薄膜?！?/p>

采用這種簡(jiǎn)單直接的工藝，可以制備出混合均勻的多孔Au-Ni金屬薄膜，孔徑為28nm，為其他化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)提供充足的空間。Yamauchi指出：“此類(lèi)材料的金屬框架穩(wěn)定且導(dǎo)電性高，很適合電化學(xué)應(yīng)用。由于改性后的化學(xué)和電子性質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，比起同類(lèi)單金屬合金，介孔雙金屬合金被認(rèn)為具有更好的催化活性?！?/p>

研究小組認(rèn)為，在甲烷氧化反應(yīng)中，比起其他金基催化劑，Au-Ni多孔金屬膜表現(xiàn)出的電催化活性更高，非常適用于直接甲醇燃料電池。而且，此項(xiàng)研究所提出的方法，適用于各種金屬。Yamauchi表示：“在光學(xué)、儲(chǔ)能和生物傳感方面，這種納米結(jié)構(gòu)材料開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景。這是極具吸引力的機(jī)遇，值得進(jìn)一步探索?！?/p>

愛(ài)馳Nathalie甲醇燃料電池車(chē)量產(chǎn)

繼2019年日內(nèi)瓦車(chē)展Nathalie甲醇燃料電池汽車(chē)原型車(chē)全球首秀之后，中國(guó)愛(ài)馳汽車(chē)擁有的德國(guó)跑車(chē)制造商Gumpert正式發(fā)布了NathalieFirstEdition量產(chǎn)版，標(biāo)志著世界上第一款由甲醇燃料電池生產(chǎn)氫和電力驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)開(kāi)始生產(chǎn)。

此前，GumpertNathalie量產(chǎn)版本諜照曝光，此次曝光的量產(chǎn)版本車(chē)型沒(méi)有裝配前保險(xiǎn)杠和1st限量版車(chē)型上的巨大尾翼，貫穿式的尾燈也被六顆圓形尾燈所取代。據(jù)官方介紹，GumpertNathalie是一款賽道級(jí)電動(dòng)跑車(chē)。車(chē)輛的設(shè)計(jì)規(guī)格、理念和概念均源自RolandGumpert。

值得一提的是，雖然原型車(chē)采用碳纖維材料車(chē)身面板，但量產(chǎn)版使用的卻是亞麻等生物輕質(zhì)材料，其占車(chē)身的50%。

這款車(chē)所采用的甲醇燃料電池技術(shù)，通過(guò)高溫質(zhì)子交換膜技術(shù)，車(chē)輛所存儲(chǔ)的甲醇可在線(xiàn)制氫，整體的電能轉(zhuǎn)化率達(dá)到45%——熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)才達(dá)到41%。而這種隨制隨用的方式也避免了存儲(chǔ)氫氣的危險(xiǎn)性，新車(chē)極速可達(dá)300km/h，續(xù)航里程800km。