小型直接甲醇燃料電池內(nèi)兩相流的研究.pdf

1、燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。由于具有環(huán)境友好、效率高、可靠性高、靈活性好、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，燃料電池日益受到世界各國政府和企業(yè)的重視。 直接甲醇燃料電池以甲醇作為燃料，采用固體聚合物作為電解質(zhì)膜。與其他類型的燃料電池相比，直接甲醇燃料電池具有燃料來源豐富、燃料易于運(yùn)輸儲存，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積能量密度高，啟動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。近些年，直接甲醇燃料電池受到了越來越多的

2、關(guān)注，并被認(rèn)為在便攜式電源與微型電源等應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣泛的前景，是目前燃料電池研究中的熱點(diǎn)之一。 目前，有關(guān)直接甲醇燃料電池的研究主要集中在新型陽極催化劑的開發(fā)；新型質(zhì)子交換膜的研制；尋找耐甲醇的陰極氧化還原反應(yīng)催化劑與流場的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。然而，直接甲醇燃料電池的性能在很大程度上與陽極流場內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)生成物CO<,2>氣體的傳遞和排出過程密切相關(guān)。如何保證CO<,2>氣體快速高效的排出電池內(nèi)部，使申醇溶液能夠連續(xù)均勻的供給催化劑層

3、，對于提高整個(gè)直接甲醇燃料電池整體性能顯得至關(guān)重要。 為了系統(tǒng)研究直接甲醇燃料電池陽極流道內(nèi)氣液兩相流，作者改進(jìn)并調(diào)試了直接甲醇燃料電池測試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并加，工了透明的直接甲醇燃料電池及單通道蛇形流場，雙通道蛇形流場與三通道蛇形流場三種不同陽極極板。論文在不同工況下利用可視化技術(shù)對直接甲醇燃料電池陽極兩相流以及流道內(nèi)CO<,2>氣泡對電池性能的影響進(jìn)行了研究。 本文的主要工作及取得的主要成果如下： 1．改進(jìn)并調(diào)試了

4、直接甲醇燃料電池單電池性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可配合可視化系統(tǒng)對不同工況下直接甲醇燃料電池的氣液兩相流進(jìn)行研究。 2．利用可視化方法研究了電流密度、甲醇流量以及電池旋轉(zhuǎn)角度對單通道蛇形流場直接甲醇燃料電池內(nèi)CO<,2>氣泡和兩相流動(dòng)的影響，還采用圖像分析技術(shù)測量了流道內(nèi)CO<,2>氣泡的尺寸和相應(yīng)的空隙率。結(jié)果表明，CO<,2>氣泡易在折向通道內(nèi)發(fā)生積聚。隨著電流密度的增加，流道內(nèi)氣泡增多，流道內(nèi)平均空隙率變大。甲醇流量的提高有利于