空氣“自呼吸”式直接甲醇燃料電池關(guān)鍵部件研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有結(jié)構(gòu)簡單、能量密度高、燃料便于攜帶與儲存等優(yōu)點，在小型可移動電源和微型電源方面具有廣闊應(yīng)用前景。DMFC的陰極水管理能力和陽極純甲醇燃料的使用對提高其性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。 本文首先采用不同碳粉作為DMFC膜電極集合體(MEA)陰極微孔層材料，研究和比較了不同MEA的性能及穩(wěn)定性，選出了較適合作陰極微孔層的碳材料。在此基礎(chǔ)上綜合考慮不同碳粉的孔結(jié)構(gòu)，以不同碳粉按一定比例混合作為陰極微孔層，改善了陰

2、極微孔層的孔結(jié)構(gòu)，降低了傳質(zhì)阻抗，增強了陰極微孔層的排水能力，顯著提高了DMFC的性能和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，陰極微孔擴散層中Black Pearl 2000(BP)的添加對電池性能有較大的影響。當陰極微孔擴散層中的Ketjen Black(KB)和BP碳材料以9:1比例混合時，在25℃、空氣“自呼吸”條件下直接甲醇燃料電池的最大功率密度可達到20.8 mW/cm2，而且電池還具有較好的穩(wěn)定性。高的功率密度和好的穩(wěn)定性可歸屬于少量BP的

3、添加改善了陰極微孔擴散層的孔結(jié)構(gòu)。另外，在DMFC的微孔層和催化層中加入造孔劑改善了水管理層的孔結(jié)構(gòu)，從而降低了氣體反應(yīng)物的擴散傳質(zhì)阻力。 在通過調(diào)控微孔層解決陰極水管理問題的基礎(chǔ)上，本文還針對基于MEMS技術(shù)制作的微型燃料電池陰極的硅片做了疏水處理，使從MEA內(nèi)部排出的水很難在電池陰極的外圍聚集，從而快速揮發(fā)到空氣中，降低了陰極水淹的可能性。 被動式DMFC的陽極側(cè)在電池運行過程中要消耗甲醇和水，造成燃料腔內(nèi)甲醇濃度的