微型甲醇燃料電池陽(yáng)極CO-,2-排出研究.pdf

1、隨著自然資源的日益缺乏和人們環(huán)保意識(shí)的提高，燃料電池作為一種綠色能源受到越來越多的青睞，它具有高能量比、模塊化、方便持久和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池時(shí)單兵電源、筆記本電腦等供電的優(yōu)選小型便攜式電源，目前正處在研究開發(fā)階段。 本文利用CFD方法模擬了微型直接甲醇燃料電池陽(yáng)極二氧化碳?xì)怏w在溝道中的流動(dòng)與分布，結(jié)合兩相流理論，研究了不同流場(chǎng)布局、溝道尺寸和燃料入口流速對(duì)兩相流壓力降及氣體分布的影響，得到了最大殘余體

2、積含氣率與流道寬度和入口速度的關(guān)系，結(jié)果表明蛇形流場(chǎng)排泡效果要優(yōu)于平行流場(chǎng)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別對(duì)蛇形流場(chǎng)、平行流場(chǎng)和三通道蛇形流場(chǎng)中氣體聚集的位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。研究結(jié)果為流場(chǎng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了參考。 針對(duì)陽(yáng)極流道中二氧化碳?xì)怏w的堵塞問題，本文設(shè)計(jì)了各處溝道寬度漸變的非均衡流場(chǎng)，并通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明從氣體體積分布與體積含氣率得出非均衡流場(chǎng)更加有利于二氧化碳?xì)馀莸呐懦?。同時(shí)分析了用不同結(jié)構(gòu)和形狀的非均衡流

3、場(chǎng)板制作的微型直接甲醇燃料電池內(nèi)兩相流的壓力降行為，得出了流場(chǎng)進(jìn)出口間流體壓降隨燃料電池輸出電流密度變化的基本規(guī)律。 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，本文用自呼吸式直接甲醇燃料電池，根據(jù)溝道入口寬度，形狀制作了16種陽(yáng)極流場(chǎng)板，對(duì)應(yīng)16個(gè)不同的電池，每塊流場(chǎng)板的流道都分布在10mm×10mm的范圍內(nèi)。整個(gè)電池由五部分組成，分別為陽(yáng)極蓋片、陽(yáng)極流場(chǎng)板、MEA、陰極集流板和陰極蓋片，陽(yáng)極流場(chǎng)板由不銹鋼材料加工而成，同時(shí)起到了集流板的作用，在ME

4、A和流場(chǎng)板之間有集流網(wǎng)，可以更好的收集電流，陽(yáng)極和陰極蓋片的材料均為透明的PMMA有機(jī)玻璃。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：雙通道微量注射泵、電子負(fù)載(上位機(jī))、壓力變送器、燃料電池和控制計(jì)算機(jī)。利用這個(gè)測(cè)試平臺(tái)對(duì)不同工作條件下和不同流場(chǎng)形態(tài)下的電池性能進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低電流密度下，壓降隨電流密度的升高而升高，當(dāng)在一定的電流密度下到達(dá)一個(gè)峰值后，壓降隨著電流密度的增加而減小，同時(shí)壓降隨著甲醇入口流速的增加而增加，但是過低和過高的流速