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文檔簡介
1、近年來,微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)由于高比能、高效、易構(gòu)建、快速加燃料、燃料便于存儲、環(huán)境友好等優(yōu)勢,被認為是一種極有應(yīng)用前景的便攜式產(chǎn)品。然而,諸多技術(shù)難題阻礙了人們對它的廣泛應(yīng)用。其中,陽極流場板主要用于供應(yīng)、分配甲醇燃料與排出產(chǎn)物,并收集電流。因此,其設(shè)計的合理與否將直接影響到電池性能。本文圍繞傳統(tǒng)流場與新型含超疏水氣體通道流場的結(jié)構(gòu)展開了系統(tǒng)研究。
2、 之前的研究傾向于從有限的、分離的陽極流場結(jié)構(gòu)樣本中揭示陽極流場對電池性能影響的基本規(guī)律,并且多數(shù)研究忽視了陽極流場設(shè)計中不同幾何參數(shù)對電池性能的交叉影響。為此,本文采用響應(yīng)面參數(shù)分析法(Response Surface Methodology, RSM)建立了在一個確定的參數(shù)空間內(nèi)描述μDMFC陽極流場結(jié)構(gòu)參數(shù)對電池輸出性能連續(xù)的、交叉的全局影響的關(guān)系模型。首先,基于連續(xù)性方程、Navier-Stokes方程、Butler-Volme
3、r方程等建立了μDMFC的三維數(shù)值模型。對模型求解,可輸出電池的峰值功率密度。然后,建立了RSM關(guān)系方程,并設(shè)計實驗進行了驗證。對RSM模型的分析表明,40%~50%的流場開孔率能獲得最高的電池輸出性能,而更大開孔率時增大的甲醇滲透速率或更小開孔率時增大的傳質(zhì)阻力都會降低μDMFC的性能。對于相同的甲醇流量30ml/h,當溝道深度從0.6mm降低至0.3mm時,甲醇水溶液的流速會增大,導致其質(zhì)量傳遞系數(shù)增大,但進一步減小的溝道深度會導致
4、有效質(zhì)量傳遞系數(shù)減小。對于相同的開孔率及適中的溝道深度0.4mm,溝道長度的增加使甲醇傳質(zhì)更充分、分配更均勻,因而提高電池的性能。最后,通過RSM方程給出了特定參數(shù)空間內(nèi)的最佳流場結(jié)構(gòu)參數(shù)。
在傳統(tǒng)流場結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,設(shè)計了三種(蛇形流場、螺旋流場、平行流場)含有超疏水排氣微通道、氣液通道嵌套排布的新型流場。采用有限元分析中的Level Set方法建立了三種新型流場和三種傳統(tǒng)流場的數(shù)值模型。組裝了含新型流場的單電池進行CO2氣泡
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