基于超聲霧化供給的直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能測(cè)試.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，手機(jī)等電子產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的必需品，這些電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越豐富，其耗電量也在不斷增加。傳統(tǒng)電池由于能量密度的限制，已經(jīng)難以滿足新興電子產(chǎn)品的要求。直接甲醇燃料電池（Direct methanol fuel cell, DMFC）作為一種新型的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。
　　直接甲醇燃料電池經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，在技術(shù)上已日趨成熟，但還存在著催化劑中毒和甲醇滲透的問(wèn)題，這兩個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重地制約著其

2、市場(chǎng)化的速度。本文針對(duì)甲醇滲透這一問(wèn)題，提出了一種基于超聲霧化的新型燃料供給方式，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)，該電池在不降低性能的情況下可以大幅降低甲醇滲透率。本文結(jié)合甲醇滲透和電池性能的評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)制造了實(shí)驗(yàn)用的直接甲醇燃料電池，并完成了相應(yīng)測(cè)試平臺(tái)的搭建。最后，在測(cè)試平臺(tái)上，完成了LabVIEW測(cè)試程序的編寫和調(diào)試，并最終完成了基于超聲霧化供給方式電的池性能研究。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）首先，根據(jù)超

3、聲振動(dòng)能將液態(tài)燃料霧化成微小液滴這一特點(diǎn)，本文提出了一種基于超聲霧化燃料供給的新方法，該方法能減少因液態(tài)供給時(shí)陽(yáng)極壓力大和甲醇濃度高所造成的甲醇滲透。同時(shí)設(shè)計(jì)和制造了相應(yīng)的DMFC結(jié)構(gòu)和超聲霧化系統(tǒng)。
　?。?）結(jié)合甲醇滲透和電池性能的評(píng)價(jià)方法搭建了相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)理論分析，提出了一種簡(jiǎn)易單電池極化性能測(cè)試方法，建立了低電壓電池極化性能測(cè)量平臺(tái)，編寫了甲醇滲透率、開(kāi)路電壓、極化性能測(cè)量的LabVIEW測(cè)量程序。
　?。?

4、）通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了超聲霧化供給下DMFC的甲醇滲透率、開(kāi)路電壓和極化性能。實(shí)驗(yàn)表明：霧狀甲醇進(jìn)入陽(yáng)極催化層后與催化層表面的水形成更低濃度的甲醇溶液，使得電解質(zhì)膜兩側(cè)的濃度梯度變小，從而降低了甲醇滲透率。同時(shí)較低的甲醇滲透率在陰極引起的混合過(guò)電位較小，因此DMFC的開(kāi)路電壓較高。采用低濃度霧狀甲醇供給時(shí)，電池因缺少甲醇參與反應(yīng)而性能較低。而高濃度霧狀甲醇供給時(shí)，大量的甲醇滲透到陰極消耗氧氣的同時(shí)產(chǎn)生混合過(guò)電位，造成電池性能低下。
　　

5、（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了超聲霧化供給與傳統(tǒng)液態(tài)供給下DMFC的甲醇滲透率、開(kāi)路電壓和極化性能。結(jié)果表明：霧化供給時(shí)的甲醇滲透率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液體供給，同時(shí)開(kāi)路電壓要高0.01V。對(duì)比兩種供給方式時(shí)DMFC的最佳性能，4M甲醇霧化供給時(shí)的功率峰值為24.7mW，比2M甲醇液體供給時(shí)的27.4mW稍低。但從結(jié)果也可以看出，采用霧化供給方式，能使用更高濃度的甲醇溶液，并能降低甲醇滲透，在提高燃料能量密度的同時(shí)，也能提高燃料的利用率，增加電池使用時(shí)間。