参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2005-30            2005年6月24日
________________________________________________________________

山东理工大学：仿酶激活直接式甲醇燃料电池

— 山东调研访谈纪要之七

    编者按：2005年5月12日下午，课题组邓英淘、薛玉炜在淄博市与山东理工大学清洁能源工程技术研究中心座谈，山东理工大学副校长王学真教授、李忠芳教授、省委研究室岳朝伟、省社科院研究员李广杰等同志参加。为方便起见，下文不再具体注明发言人，简称“山东理工大学”。本文根据录音和笔记整理，未经本人审阅，错误遗漏之处，由编者负责（文中含有部分2005年2月27日的电话访谈内容）。

    课题组：您能否先给我们介绍一下这项研究的基本情况吗？

    山东理工大学：我们做的这项研究，是直接把燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转换成电能的直接甲醇燃料电池，简称为DMFC。它是应用模拟生物酶作燃料电池催化剂的思路，采用廉价、性能高的模拟生物酶代替目前燃料电池中使用的高价、资源受限制的铂基或贵金属催化剂。经过四年左右的时间，取得了实验室中发电成功。它的基本工作原理是：直接将甲醇和水混合物送至DMFC阳极，发生电催化氧化反应生成CO2，并释放出电子和质子，电子从阳极经外电路转移至阴极形成直流电，电池的工作温度从室温到135℃。甲醇用完后，只要补充甲醇水溶液即可。

    课题组：传统的直接甲醇燃料电池通常都是用贵金属，如铂、镍等在电极上镀膜；你们用模拟酶取代之，这种做法应该在国内、外首创的吧？它除了能大幅度地降低燃料电池的成本，还有什么作用？

    山东理工大学：用模拟酶作催化剂，这是我们的首创，这对降低成本很有好处。同时，它对DMFC透醇降低电池效能的问题也有很大的好处。刚才，你们在实验室参观的时候，我曾说过，传统的DMFC，透醇的量可高达40％，它到了阴极，相当于电池短路了，一般来说，这会浪费能量，使电池的效能衰减掉20~50％。我们使用模拟酶，虽然不能做到不透醇，但可以使电池的效能不因透醇而衰减；换言之，它也就提高了电池的效能，这主要是因为在我们的电池里，透醇没有被氧化掉。另外，我们的模拟酶不会中毒，我们的电池已经工作了两年多了。

    课题组：与重整式甲醇燃料电池相比，你们的电池有什么特点？

    山东理工大学：重整式的燃料电池，先要制取氢气，等于增加了一个大工厂或车间，这样发电的成本就要高很多。这种方式不是一条理想的技术路线；只不过在没有完全解决直接甲醇燃料电池的工业化生产之前，它是一种可以采用的工作方式。

    课题组：与使用氢空的质子交换膜燃料电池相比，你们的电池有什么特点？

    山东理工大学：我们的电池也可以看为是一种质子交换膜燃料电池；不同的是，我们不用氢气做燃料，这样就省去了制氢这一环节；而甲醇的生产成本低，通常以液体形式存在，便于存储和运输。这些都与氢大不相同。

    课题组：你们这种燃料电池的能量利用效率有多高？能加进乙醇吗？

    山东理工大学：在室温的条件下至少也有38％，如果提高工作温度，有可能达到80％。可以加进乙醇，或者说加入高度酒精（比如说60度以上的白酒），它也能工作，我们试过，只不过效率要低一些，因为乙醇的反应活性没有甲醇高。我们用的甲醇水溶液的浓度是25％。
    我们用的模拟生物酶比生物酶要好，因为后者是一种蛋白质，它对环境状况很敏感。我们做的模拟酶，它是一种化合物，对环境状况不那么敏感，工作要求条件就宽得多。我在写申请书时，很多专家问我，你怎么把酶放到电池里了。在大家的印象中，酶是一个很大的分子，是不可以放到燃料电池中的。我说前面有“模拟”两个字，酶是一种目标物质，模拟就是用一个模型来代替它，只要有这个功能就行了，不一定要用生物酶来实现。我们用模拟酶可以解决透醇造成的电池效率衰减、能量浪费的问题，模拟酶本身对甲醇不起反应，它提高了电池的效能。

    课题组：学校对于后续的研发有什么想法？是否想过在研究阶段就引进一些企业资金？

    山东理工大学：现在我们的这个电池离工厂化、甚至中试都还有很大的距离。香港的霍英东集团来过，想用一亿元港币买断这项技术，让我们为他们打工，继续研发乃至产业化。我们没同意，因为山东省、淄博市都不会同意，淄博都出不了。

    课题组：是否到国家863项目申请过资助？

    山东理工大学：很难申请。那里的每个领域都有一个俱乐部，就那么几个人说了算，你不是那个俱乐部成员，就很难在里面申请到项目研究资金。如果我们的李忠芳教授是清华大学的，那情况就完全不同了。现在我们做得很辛苦，完全是在省里和学校的支持下，才搞到今天；光实验室的那些设备，学校就投了140万元。如果国家能多投一点，那我们的进展就会更快一点。现在我们的关键问题是看不清应该是向哪种具体的产品去努力。
    国外做燃料电池，也有国家的实验室，但主体是企业，如美国的通用，一个产品的项目研发投资就是几亿美元；我国的企业根本就做不到这一点。

    课题组：你们的这种电池能否用在汽车上？

    山东理工大学：可以的，这是市场潜力最大的一块。目前国家的863也有这个专项，投了十几亿元，用于车载燃料电池的开发。摊子很大，子项目很多，但我们很难进入。在这里面，俱乐部的问题仍然存在。现在这个专项中，有些正在招标，但估计不是国内的企业中标，因为没那么个实力；中标的很可能是国外的公司，如通用等。
车用的燃料电池，功率很大，目前我们还不敢想这类的目标，因为投资要求太高。我们现在想做一、两个产品，一个是手机用的、一个是摄象机用的，像几个千瓦、或车用的，我们根本不敢开这个口。
    还有一种路子，就是我们研发出的这个模拟酶或说催化剂已经到了可以产业化的阶段，它除了用在我们的电池里，也可以用在其他的化工领域，它本身就是一个化工产品，我们可以先开发这个产品，然后用它的收入来养活燃料电池这个项目，将其扶持到产业化前的阶段，那样的话，以后的事就要好办多了。


柯堤整理