近年來，直接液體燃料電池（DLFCs）因其高能量密度、燃料來源廣泛和運行簡便等優點，在便攜式電源和分布式能源系統中展現出廣闊應用前景。傳統DLFCs依賴昂貴的質子交換膜和貴金屬催化劑，導致成本高昂、穩定性受限，限制了其大規模商業化。無膜直接液體燃料電池（Membrane-free DLFCs）通過簡化電池結構和降低材料成本，為實現可擴展的清潔能源轉換提供了新途徑。本文基于Arumugam Manthiram團隊的綜述，重點探討了催化劑選擇策略在推動可擴展無膜DLFCs發展中的關鍵作用。
無膜DLFCs的核心挑戰在于如何在不使用膜的情況下有效分離燃料和氧化劑，同時維持高效的電化學反應。催化劑的選擇直接影響電極動力學、選擇性和耐久性。理想的催化劑應具備高活性、抗中毒能力和低成本特性。例如，對于甲醇、乙醇或甲酸等常見液體燃料，非貴金屬催化劑（如過渡金屬氧化物、碳基材料）和合金催化劑被廣泛研究，以替代傳統的鉑基催化劑。這些材料通過調控電子結構和表面形貌，可增強燃料氧化反應的選擇性，減少副反應和交叉問題。
催化劑設計需結合電池的整體架構。在無膜系統中，微流體結構或多孔電極常被用于物理分離燃料和電解質，而催化劑的定位和負載策略則進一步優化反應界面。例如，分層或多孔催化劑可提供更大的活性面積，促進質量傳輸，從而提高功率密度和穩定性。催化劑與載體（如碳納米管或石墨烯）的協同作用也被證明能提升導電性和機械強度，延長電池壽命。
可擴展性要求催化劑具備易于合成和規模化生產的潛力。綠色合成方法，如生物模板法或溶液處理技術，正成為研究熱點，以降低環境影響和成本。同時，原位表征和計算模擬（如密度泛函理論）的應用，加速了催化劑性能的預測和優化，為高通量篩選提供了理論依據。
盡管無膜DLFCs在催化劑選擇方面已取得顯著進展，但仍面臨長期穩定性、燃料利用效率和系統集成等挑戰。未來研究方向應聚焦于開發多功能催化劑，結合智能材料設計和系統優化，以實現高性能、低成本和環境友好的能源解決方案。通過精心的催化劑選擇策略，無膜直接液體燃料電池有望在可持續能源領域發揮更大作用，推動清潔能源技術的普及。
