1. 1
Alkaline Anion exchange membrane fuel cells
(AAEMFC)
碱性阴离子交换膜燃料电池

2. 2
传统的燃料能量利用模式
效率低下：
30%~35%
污染严重

3. 3
燃料电池的能量利用模式
化学能 电能
Christian Friedrich Schönbein, 1839
高效 >40%
无污染
安静

4. 4
燃料电池的分类
•Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) 质子交
换膜燃料电池
•Alkaline fuel cells (AFCs) 碱性燃料电池
•Solid oxide fuel cells (SOFCs) 固体氧化物燃料电池
•Phosphoric acid fuel cells (MCFCs) 磷酸燃料电池
•Molten carbonate fuel cells(MCFCs) 熔融碳酸盐燃料电
池

5. 5
碱性燃料电池的历史
• 20 世纪 50 年代，阿波罗号，“可靠的太空电
源”
• 20 世纪 70 年代， Kordesch ，碱性燃料电池
车

6. 6
AFC 基本原理
− −
Anode : 2 H 2 + 4OH == 4 H 2O + 4e
Cathode : O2 + 2 H 2O + 4e − == 4OH −
Overall : 2 H 2 + O2 == 2 H 2O

7. 7
Why AFC?
• 反应温度适中（ 23–70℃ 低温式）
• 很高的反应动力（ Reaction Kinetics ），电极电势
高
• 电池效率高： 60 ~ 90%
• 价格便宜，节省贵金属催化剂

8. 8
AFC 存在的不足
• 电解质的浓度需要恒定 (electrode
flooding/drying)
• 空气中的二氧化碳使电解液中毒
• 氢气不易携带
CO2 + 2OH − = CO3 − + H 2O
= 2
CO2 +OH − = HCO3
= −
CO2 + 2 KOH = K 2CO3 + H 2O
=
生成金属盐沉淀，消耗了碱的量；
大大降低了离子导电性，阻塞气体扩
散层 (gas diffusion layer)

9. 9
如何改进？
能否寻找一种碱离子交换膜， 将氢气更换为液体燃料
替代流动的电解液？ ？
直接甲醇燃料电池 (DMFC)
碱性直接甲醇燃料电池 (ADMFC)
碱离子交 用氨气做氢源
换膜
碱离子交换膜 + 生物质
燃料

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这种膜需要什么特性？
• 氢氧根的良好载体
• 离子电导率高 ≥ 100 ×10 −3 Scm −1
• 隔绝电子
• 良好的机械强度和耐久度
• 热稳定性
• 便宜
AFC based on anion-conducting polymer electrolytes

11. 11
碱离子交换性膜的分类

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High Performance Alkali Anion-Exchange Membrane
Multi-walled
Polybenzimidazole
carbon nanotubes
聚苯并咪唑

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碱离子过膜类
型

15. 15

16. 16

17. 17
展望和未来的应用

18. 18

19. 19
Acknowledgement
• Anion exchange membranes for alkaline fuel cells: A review
• Prospects for Alkaline Anion-Exchange
• Very High Performance Alkali Anion-Exchange Membrane Fuel Cells
• 电池碱性阴离子交换膜的制备与表征
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