CN1658425A

CN1658425A - 采用新膜型的直接燃料电池及其产生电能的方法

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Publication number: CN1658425A
Application number: CN2004100163293A
Authority: CN
Inventors: 丁宏宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-08-24

Abstract

本发明公开了一种采用新膜型的直接燃料电池及其产生电能的方法。其包含有至少一个电池单元，电池单元具有作为阳极的燃料电极、作为阴极的氧化剂电极及位于两电极之间的电解质，其特征在于所述的电解质至少包括两层具有离子选择性透过特性的固体电解质膜，一层为阳膜，另一层为阴膜。其产生电能的方法是在现有燃料电池基础上，使阳极生成的氢离子往阴极迁移并通过紧邻阳极的阳膜层，与此同时，阴极生成的氢氧根离子往阳极迁移并通过紧邻阴极的阴膜层，其后，氢离子与氢氧根离子即在两膜层之间发生自发中和反应。具有可阻断燃料及阴、阳极反应不良副产物到达另一极的特点，可具有良好的阻醇性，阳、阴极电解质可分别为酸、碱性，阴极可采用贱金属氧阴极，价格低廉，电池效率高的优点。特别适合用于直接甲醇燃料电池。

Description

采用新膜型的直接燃料电池及其产生电能的方法

技术领域

本发明涉及一种直接以液态或气态有机物或氢气等为燃料的采用新膜型的直接燃料电池及其产生电能的方法，尤其是一种采用液态甲醇或甲醇蒸汽为燃料的直接甲醇燃料电池及其产生电能的方法。

背景技术

1、燃料电池(Fuel Cell)是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的产电装置，一般由电子导电的阴极、阳极和离子导电的电解质这三个基本单元所构成。燃料的氧化反应在阳极(或称燃料极)进行，而氧的还原反应在阴极(或称空气极)进行，不断地补充燃料和氧(或空气)，就能源源不绝地向外电路输出电能。由于它具有能量转换效率高、环境友好、适应性广泛等诸多优点，是国内外竞相开发的新一代电源。

自从六十年代在美国率先将碱性燃料电池(AFC)用于航天器取得成功以来，已经先后有磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)相继出现。其中尤以质子交换膜燃料电池在九十年代以来得到了迅猛的发展，以之作为核心动力源的燃料电池电动汽车在中国，在日本，在欧洲，在北美，先后登台亮相，成为世人瞩目的热点。

典型的PEMFC燃料电池以氢气为燃料，而氢源的供应及其一应的安全贮运方面的困难却仍然难以解决，加之生产成本居高不下，所采用的质子交换膜价格昂贵，估计在短期内，不仅这类直接使用氢燃料的燃料电池电动汽车不可能在大范围迅速推广，即便是加装上车载重整装置的组合式有机物燃料电池发电系统，暂时也不具备商业化应用的条件。

有机物燃料，尤其是以甲、乙醇为代表的液态低碳醇用于车载移动式动力源，是比氢气更为适合的选择：其来源广泛，比能率高，贮运和供应补给更加方便，花费也相对地低廉。尤其是对于甲、乙醇而言，其所具备的可再生性特点--依照生物质自然碳循环的模式贮太阳能而再生--将有助于现有能源结构的调整，减少对矿物燃料的依赖，避免环境污染。近年来，以PEMFC为基础的直接甲醇燃料电池(DMFC)，诸如美国专利5599638所公开的一种采用质子交换膜的直接甲醇燃料电池等多种应用方案，已日渐成为燃料电池技术开发的热点。但因为甲醇自身的反应活性低，而高活性的长寿命催化电极的开发难度大；加之甲醇的膜穿透问题至今难以解决，远未能达到商业化应用的阶段。近年里虽然说在催化电极的研制方面已屡见成果，但在提高膜的阻醇性方面却鲜有实质性的进展。由PEMFC沿袭下来的电池结构系以Nafion系列全氟磺酸膜作为质子传递的通道，受其传质机理的限制，甲醇穿透的问题几乎无法从根本上得到解决。而甲醇一旦到达阴极，不仅造成燃料的无端耗损，降低供能效率，还将增加阴极的极化损失，降低混合电位，致使电池性能低下；并且导致催化剂中毒，缩短电池寿命，已经成为当前困扰DMFC技术发展的主要障碍。

2、随着电渗析、水解离以及环保工程的多方面应用开发，近年来双极膜技术得到了迅猛的发展。双极膜是由阴、阳两种电性相反，具有选择性透过功能的离子交换膜以适当方式构成的荷电复合膜体。结构上，早期为层压型、涂层型，发展到现在，出现了单片型，以及加入了催化剂层的所谓三明治型的新结构。随着成膜材料、膜结构以及制造技术的不断改进，性能上也已经有了很大的提高。根据荷电密度、厚度的不同，采用不同的膜材和结构，在不同的工艺技术条件下，可以制成性能和用途各不相同的种种双极膜产品，比如1-2价离子分离膜，防结垢膜，抗污染膜，H+分离膜，低压反渗透脱硬膜，水解离膜等。其中特别是以双极膜技术为基础的水解离应用，在近年里发展迅速，已经成为当前电渗析工业领域中增长最快和最具发展潜力的一个新的增长点。

在水解离电渗析器的情况下，水解离反应得到的H⁺与OH^-离子循电场力的方向由膜层分头扩散进入与其相邻接的液相溶液，在阳极生成酸(H⁺)，而在阴极产生碱(OH^-)。其间0.828V的理论电位差，则由外电路供电来维持。而一旦外电路供电停止，膜层中的H⁺与OH^-离子相互吸引，在中间界面层发生自发中和反应，H⁺与OH^-离子将返向扩散，改由溶液进入膜层，以补充其浓度的降低。这就是美国专利4311771所描述的一种利用双极膜池由酸碱中和反应产生电能的方法，体现了双极膜技术在能源领域里的一种新应用。按照该专利提供的方法，当酸碱溶液通过具有高离子通量的双极膜而发生中和反应的时候，在双极膜两侧会产生电位差，选用适当的电极浸入到相应的溶液中，即可以观察到电流。其间，通过酸碱物质的循环补充或是让酸根与金属离子成盐除去等方式，不断地提供“自由的”H⁺与OH^-离子给膜层，使该项专利中所描述的中和反应电池过程得以持续地进行。

3、贱金属氧阴极技术的应用在目前已经渐趋成熟，市面上不时可以见到有商业化的廉价氧阴极产品出售。如果在电池的阴极侧能够营造出碱性的反应条件，从而为廉价贱金属氧阴极的使用提供机会，将有助于降低生产费用，解决当今燃料电池制造成本居高不下的问题，从而推动燃料电池技术的商业化发展。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种采用新膜型的直接燃料电池，其经结构改进后可阻止阳极燃料或阳极产生的可能使阴极催化剂中毒的中间产物到达阴极的、同时也可阻止阴极产物到达阳极。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种采用新膜型的直接燃料电池，以扩大膜材的选择范围，从而可采用价格低廉的离子选择性透过膜。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种采用新膜型的直接燃料电池，其阴、阳极可采用非均一性电解质，即阳极侧使用酸性电解质而阴极侧使用碱性电解质，从而使阴极可使用廉价的贱金属阴极。

本发明所要解决的第四个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种成水反应发生在膜层或膜层之间而不直接发生在某一电极上的采用新膜型的直接燃料电池。

本发明所要解决的第五个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种直接燃料电池内的离子流场及过程机理不同的产生电能的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

该种采用新膜型的直接燃料电池，包含有至少一个电池单元，电池单元具有作为阳极的燃料电极、作为阴极的氧化剂电极及位于两电极之间的电解质，其特征在于所述的电解质至少包括两层具有离子选择性透过特性的固体电解质膜，其中一层为阳膜，另一层为阴膜，且阳膜置于阳极一侧，而阴膜置于阴极一侧。

所述的阳膜和阴膜是双极膜的阳膜层和阴膜层。

所述的阳膜和阴膜是各自独立的离子选择性透过膜。

所述的阳膜为质子交换膜，所述的阴膜为氢氧根离子交换膜。

所述的阳膜及阳极侧的电解质为酸性，而所述的阴膜及阴极侧的电解质为碱性。阴极侧电解质为碱性，为使用贱金属氧阴极提供了条件。

所述的燃料为氢气、低级醇、低级醛、低级有机酸、肼、甘油或葡萄糖；其中所述的低级醇包括：甲醇、乙醇、丙醇；所述的低级醛包括：甲醛、乙醛；所述的低级酸包括：甲酸、乙酸、丙酸。燃料在电池中的使用物态可为气态，也可以是液态。

所述的电池单元设置有阳极液循环系统、阴极液循环系统、中间层液态电解质加产物水循环系统中至少一种液体循环系统。

所述的电池单元中的电极为阳极-阳膜-阴膜-阴极一体化膜集成电极或阳极-阳膜-阴膜一体化集成膜电极。在采用集成电极的情况下，不必借助于液相电解质的离子导电，因而可避免使用含酸的阳极液，从而减少腐蚀，提高电池的使用寿命。

所述的阳膜和阴膜之间充填有中间层、液态电解质或者添加了催化剂的液态电解质。

一种采用新膜型的直接燃料电池产生电能的方法，它包括燃料在阳极发生的氧化反应及同时发生在阴极的氧化剂的还原反应，以及电子经外电路从阳极往阴极输送的释能过程，其特征在于还包括阳极生成的氢离子与阴极生成的氢氧根离子在电池内部的中和反应过程，该过程具体如下：

阳极生成的氢离子往阴极迁移并通过紧邻阳极的阳膜层，与此同时，阴极生成的氢氧根离子往阳极迁移并通过紧邻阴极的阴膜层，在两膜层之间，氢离子与氢氧根离子发生自发中和反应。生成的产物水则可通过扩散渗透，强制循环、芯吸等多种方式移出，具体方式可按实际要求确定。

下面以直接甲醇燃料电池为例对本发明加以说明：

对于现有DMFC的过程机理，通常可以做如下的表述：

阳极甲醇氧化的半反应：

阴极氧还原的半反应：

加合，即为电池总反应：

产物CO₂由阳极排出，H₂O在阴极生成，H⁺则通过质子交换膜由阳极向阴极迁移。在质子膜酸性反应条件下，阴、阳两极使用的都必须是贵金属电催化剂。而事实上，贱金属氧阴极目前已经有工业化产品在市场上销售，但适合于在碱性条件下使用。

而按照本发明所提供的新的直接甲醇燃料电池，其过程机理为：

在膜对的阴膜侧，是氧阴极的半反应：

阳膜侧，是甲醇阳极氧化的半反应：：

再加上膜层之间H⁺与OH^-中和成水的膜反应：

得到的也正是DMFC甲醇氧化总反应式：

此处，H⁺与OH^-离子的中和成水反应，正好就是前述美国专利4311771描述的双极膜酸碱中和电池反应，与双极膜水解离反应( )互为逆反应。以此双极膜电池为基础，将酸性条件下的甲醇阳极与碱性条件下的氧阴极视作为供能电极对，三者组合在一起，共同完成常规DMFC的甲醇氧化总反应，虽最终反应结果无异，但过程机理不同(需说明的是，氧阴极侧并非只能使用碱性条件，只是使用碱性条件有利于选择使用廉价的贱金属阴极)。

在此，膜对的组合方式除可直接采用双极膜外，还可选择适当的阴膜和阳膜简单地贴合在一起，甚至于阴、阳膜各自独立设置。相较于单片式双极膜而言，这两种形式的膜组合可称为“贴合型”或是“组合型”，这种“贴合型”或“组合型”的膜对组合可能更便于在必要时方便地于两膜之间加入适当的电解质或是催化剂，还有利于组织水循环、分离出多余的产物水、调节水热平衡及导出有可能渗进中间层的燃料及其降解产物。至于两膜之间充填的电解质的选择，可选用钨酸钠、硝酸铬、硅酸钠、三氯化钌、硫酸铟等无机电解质溶液。

在膜与电极的结构关系方面，除了前述的简单分立的形式，通过相应的电解质溶液提供离子传导途径而外，为了降低电阻，提高集成度，使结构更趋紧凑，亦可采用类似于PEMFC那样的膜电极(MEA)一体化或半一体化的复合结构。

本发明的化学本质可以从两个不同的出发点来理解。站在双极膜酸碱中和电池的角度来说，酸碱中和是主反应，燃料电极和氧阴极是作为供能电极对通过阳膜侧的有机物燃料的阳极氧化反应与阴膜侧的氧阴极还原反应，而将产物H⁺与OH^-不断地向膜层输送补充，以支持中和产电的主反应得以持续地进行。换从直接甲醇燃料电池的角度来说，则是在维持DMFC的阴、阳两个半电极的电极反应不变的前提下有针对性地加以改进，即用双极膜或者是膜对组合的形式来替换掉单一质子交换膜，将电解质分隔为酸性阳极反应区和碱性阴极反应区两部分，藉助于双极膜水解离功能的逆用，在膜层间或膜对之间完成H⁺与OH^-离子的中和成水反应，以阻断甲醇向阴极的渗透。本质上说，依然是属于DMFC的范畴。当然，在这种情况下，传统意义上的酸性燃料电池的两段式反应过程将为“阴极反应-膜反应-阳极反应”的三段式组合模式所替代。

具体到双极膜甲醇燃料电池：

阳极是甲醇的氧化反应：，电位-0.087V。

产物H⁺移向双极膜的阳离子交换层以支持上述的中和产电反应，释出的电子e则循电子通路向外电路释能。

阴极反应是碱性条件下的氧还原：，电位0.401V。

阴极从外电路接纳电子e，供O₂还原后，产物OH^-由阴膜侧进入双极膜，与来自于阳膜的H⁺会合，完成中和反应。

加上膜层间的中和反应：，电位0.828V

总反应：，总电位1.142V，体现为甲醇的燃烧反应。

在新的反应模式下，CO₂仍由阳极排出不变，H₂O则改在双极膜或膜对的贴合面之间生成。H⁺与OH^-离子相向运动，共同汇聚到膜层，形成新的膜过程。H⁺离子不再迁移到阴极，将有助于解决甲醇渗透的问题。在碱性条件下，阴极可以改用贱金属做电催化剂。

几乎所有的化学电池在功率输导的环节都会面临一个同样的问题，即要选用适当的电极和结构，通过其界面，将离子电荷的能量由电子电路传输出去。对于反应性电极而言，电极本身参与反应(如普通干电池中的锌电极)。而对于其本身不参与反应的催化电极而言，则意味着要建立起一组阳极氧化-阴极还原的反应对，向阴极提供氧化剂，而向阳极提供还原剂，通过电催化作用，在其上完成既定的反应。可供选用的还原剂非常多，诸如氢、甲醇，有机的，无机的等等。氧化剂主要是氧气、空气或富氧空气，无疑空气是最方便、最廉宜的氧化剂。

还原剂的氧化常常是一个释能反应，所以称之为供能电极。而电极反应的最终结果则相当于以该还原剂做燃料的燃烧反应，所以从本质上说，在一定的条件下，其应可以归属于燃料电池。

膜之外，燃料电池的关键在于电极。

按照双极膜双电解质燃料电池的模式，阴极侧电解质呈碱性，电极材料和结构的选择范围都相当宽，技术上也比较成熟，没有太大的问题。

阳极侧则相对复杂，要视反应物的不同而采用不同的电极结构和电催化剂。即便是同一种反应物，其气态或液态对催化电极的要求也不相同。

在使用氢燃料的情况下，在目前，铂无疑是首选的电催化剂。

至于阴、阳极的种类可有如下选择：

阴极：目前市售的多孔镍或Ni-Ag合金类型的氧阴极等产品。

阳极：现有可直接使用的阳极有：网状电极如镀铂钛网，钛基二氧化铅网状电极等；片状电极如Pt-Ru-Ti，Pt-Ti；碳电极如Pt-TiO₂-C；等等。比较而言，多孔碳电极对于气态燃料的效果较好。

此外，阳极反应剂还可能采用离子态阳极物质诸如[Fe(CN₆)]^-4、Cr⁺²、Ti⁺³等无机物。

与现有技术相比，本发明的优点及特征在于：

1、因设置有至少两层荷电电性相反的固体电解质膜，因而可阻断燃料及阴、阳极反应所生成的不良产物透过膜层渗透到达另一极，从而避免了燃料的无端耗损，提高了供能效率，降低了阴极的极化损失，提高了混合电位，尤其是解决了阴极催化剂易中毒的问题。

2、由于“贴合型”或“组合型”的膜对组合结构的采用，因而扩大了膜材的选择范围，使采用价廉的阴、阳膜成为可能；

3、可以采用非均一性的电解质，即双极膜或膜对两侧对应的阳极与阴极电解质的酸、碱不同性。

对于甲醇燃料而言，考虑到甲醇分子完全氧化生成H₂O和CO₂是一个6电子转化过程，远比氢的氧化过程要复杂。由于甲醇的氧化有可能不完全而会有HCHO、CHOOH之类的中间产物生成，除非是一次性使用，或者为电解质的再生配备有专门的处理系统，通常为求直接生成并排出CO₂，阳极反应必须在酸性条件下进行，而不能与市售氧阴极的碱性条件相一致，限制了其应用和成本的降低。而采用双极膜或膜对组合形式的电池结构，可在阳极区和阴极区提供不同的反应条件，则为电池的设计和使用，以及在燃料的适应性方面提供了更多的选择，并为贱金属氧阴极的使用奠定了基础。

4、离子流场以及电池结构方面的改变。

随着过程机理的改变，水的生成反应不再是发生在阴极而是转移到双极膜膜层间或膜对之间，H⁺与OH^-离子传递的流场亦将随之而变——H⁺离子不再迁徙到阴极，而是与由阴极区产生并输送到膜层的OH^-离子完成中和反应，这样，不但单一离子的迁移程将缩短，而且可以彻底阻断阳极燃料及其降解产物有可能会达至阴极的有害扩散。同时，虽然膜区产物水的排除以及阴极区的失水量如何补充之类的问题会影响到电池结构的改变，但也为水、热平衡的管理提供了新的手段和途径。

5、贱金属氧阴极的应用。高成本一直以来都是制约着燃料电池发展的一个要素，这就需要力求避免使用贵金属。碱性条件下氧阴极的标准电位是0.401V，为贱金属电极在直接燃料电池尤其是DMFC中的应用提供了基本条件。如果在前述要件中，膜与阴极两个要件都能够通过相对价廉的市售商品的途径来解决，相信电池的总成本将会有所降低，制作起来也更方便。

6、这种双膜层结构电池还可能应用于某些间接燃料电池，甚或在某些情况下用作为间接氧化-还原反应器。对于一些需要避免反应物间直接接触，以期避免(抑制)反应物之间发生有害的副反应；或者从纯化产物的角度出发，避免产物受到反应物污染之类的有特殊要求的应用场合，这类能够提供间接氧化还原反应条件的反应器往往能够发挥独到的效用。

7、扩大了燃料的选用范围。以往的电池结构很难选用一些结构较微复杂的燃料，因这些燃料反应过程中可能的副产物较多，这些副产物可能到达阴极而使阴极催化剂中毒，从而使阴极催化剂中毒的问题更加复杂而难以解决。

8、本发明与PEMFC比较，可适用于醇类液态燃料，不受氢源供应的局限。而与DMFC比较，可解决阻醇的问题。当然，对于甲醇燃料来说，最核心的优势当然还是在于阻醇性方面。由于H⁺离子不再在阴极反应方程式中出现，从而使甲醇经由H⁺的水合离子向阴极传递的途径被阻断。同时，膜材与结构的相应改变也增加了甲醇向阴极扩散渗透的困难。即或是仍有甲醇成分穿膜而过到达阴极区，由于碱性条件下OH^-离子的强氧化性以及OH^-离子向阳极方向的迁移，亦将阻挡其向阴极的扩散。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示意，为本发明的一个实验实施例。本实施例为采用双极膜的直接甲醇燃料电池，如图1所示意，电池采用双室双电解质结构，扁平形阳极室立置于阴极室电解质中，阴极室则隔着一层半透膜4通过多孔镍电极3通往大气5。用单片式双极膜1把酸性的阳极液6与碱性的阴极液7分隔开来，且其阳膜侧与阳极液6相邻，而阴膜侧同阴极液7相接。阳极液6的组成是含有2N硫酸的10-20％甲醇溶液，另加少量添加剂。阴极液7则直接采用2N的KOH溶液。镍阴极4系外购成品，尺寸为：11cm×14cm。阳极2采用委托加工的镀铂钛网，尺寸为：5cm×8cm。实验期间电解质无循环。

10℃左右室温下，测得开路电压在250-370mV之间。相信在优化条件，提高温度后，要达到700mV/100mA/cm²以上的水平应该是有可能的。

过程中观察到电解质有体积膨胀现象，液体量明显增多。

实施例二

如图2所示意，为本发明的另一个实验实施例。本实施例也为采用双极膜的直接甲醇燃料电池，如图2所示意，电池具有壳体8及与电池配套的空气压缩机9、甲醇贮槽10及甲醇/水输送泵11，采用膜-电极贴合型一体化结构，双极膜12为有中间催化剂层12a的“三明治”型，双极膜12的阳膜侧12b贴合Pt-TiO₂-C型碳阳极13，阴膜侧12c贴合多孔镍阴极14，阳极侧为含有2N硫酸的10-20％甲醇溶液15，溶液中甲醇由甲醇/水输送泵11补充，阴极侧由空气压缩机9提供氧气，生成的水由阴极侧出口及随阳极侧电解质循环排出，阳极产生的二氧化碳则在与甲醇分离后由甲醇贮槽10排出。

10℃左右室温下，测得开路电压在350-450mV之间。相信在优化条件，提高温度后，要达到更高的水平应该是有可能的。

实施例三

如图3所示意，为本发明的再一个实验实施例。本实施例为采用阴膜和阳膜组合形式的直接甲醇燃料电池，如图2所示意，电池具有壳体16及与电池配套的空气压缩机17、甲醇贮槽18及甲醇/水输送泵19，采用膜-电极贴合型一体化结构，即阴膜20与多孔镍阴极21贴合，而阳膜22则与Pt-TiO₂-C型碳阳极23贴合，阴膜20和阳膜22之间充填有可外循环的硅酸钠水溶液24作为电解质，阳极侧为含有2N硫酸的10-20％甲醇溶液25，溶液25中甲醇由甲醇/水输送泵19补充，阴极侧由空气压缩机17提供氧气，生成的水进入硅酸钠水溶液24并经电解质循环排出。其中，所用的阳膜22为Nafion膜，阴膜20为日本产的ACS膜。

10℃左右室温下，测得开路电压在350-420mV之间。相信在优化条件，提高温度后，要达到更高的水平应该是有可能的。

因受实验条件及所能得到的相关原材料的限制，上述实验结果尚不十分理想，更多更细致的工作也还暂未开展，但其所展示出来的巨大优越性是完全可期待的，相信将极大促进直接燃料电池尤其是直接甲醇燃料电池的商业应用和普及。

Claims

1、一种采用新膜型的直接燃料电池，包含有至少一个电池单元，电池单元具有作为阳极的燃料电极、作为阴极的氧化剂电极及位于两电极之间的电解质，其特征在于所述的电解质至少包括两层具有离子选择性透过特性的固体电解质膜，其中一层为阳膜，另一层为阴膜，且阳膜置于阳极一侧，而阴膜置于阴极一侧。

2、根据权利要求1所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的阳膜和阴膜是双极膜的阳膜层和阴膜层。

3、根据权利要求1所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的阳膜和阴膜是各自独立的离子选择性透过膜。

4、根据权利要求1或2或3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的阳膜为质子交换膜，所述的阴膜为氢氧根离子交换膜。

5、根据权利要求1或2或3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的阳膜及阳极侧的电解质为酸性，而所述的阴膜及阴极侧的电解质为碱性。

6、根据权利要求1或2或3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的燃料为氢气、低级醇、低级醛、低级有机酸、肼、甘油或葡萄糖；其中所述的低级醇包括：甲醇、乙醇、丙醇；所述的低级醛包括：甲醛、乙醛；所述的低级酸包括：甲酸、乙酸、丙酸。

7、根据权利要求1或2或3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的电池单元设置有阳极液循环系统、阴极液循环系统、中间层液态电解质加产物水循环系统中至少一种液体循环系统。

8、根据权利要求1或2或3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的电池单元中的电极为阳极-阳膜-阴膜-阴极一体化集成膜电极或阳极-阳膜-阴膜一体化集成膜电极。

9、根据权利要求3所述的采用新膜型的直接燃料电池，其特征在于所述的阳膜和阴膜之间充填有中间层、液态电解质或者添加了催化剂的液态电解质。

10、一种采用新膜型的直接燃料电池产生电能的方法，它包括燃料在阳极发生的氧化反应及同时发生在阴极的氧化剂的还原反应，以及电子经外电路从阳极往阴极输送的释能过程，其特征在于还包括阳极生成的氢离子与阴极生成的氢氧根离子在电池内部的中和反应过程，该过程具体如下：

阳极生成的氢离子往阴极迁移并通过紧邻阳极的阳膜层，与此同时，阴极生成的氢氧根离子往阳极迁移并通过紧邻阴极的阴膜层，在两膜层之间，氢离子与氢氧根离子发生自发中和反应。