被動式自呼吸直接甲醇燃料電池溫度特性及可視化實驗研究.pdf

1、隨著世界人口的迅速增長和人均能源消耗量的持續(xù)增大，全球性能源短缺問題日趨突出。與此同時，日益嚴重的環(huán)境污染問題也成為倍受人們關(guān)注的焦點。如果沒有新型能源動力，世界將從目前的能源短缺很快走向能源枯竭，因此發(fā)展清潔、高效的新能源動力技術(shù)是刻不容緩的。燃料電池以其高效和清潔的特點為人們帶來了曙光，其中直接甲醇燃料電池（DMFC）作為新型的便攜能源，具有結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)境友好、方便持久、能量密度高等優(yōu)點，是一種具有廣闊市場應(yīng)用前景的高新技術(shù)，正成為

2、電化學(xué)和能源科學(xué)里的一個研究熱點。被動式自呼吸DMFC陰極不需要外部輔助設(shè)備（如泵或風扇）的幫助，就可以從氧氣中獲得氧化劑；陽極甲醇存儲在緊貼在陽極基板的燃料罐內(nèi)，通過濃度梯度可以到達陽極催化層表面。被動式自呼吸DMFC以其高的可靠性、低成本、簡單的結(jié)構(gòu)、高的燃料利用率以及高的能量密度等特點，成為未來移動設(shè)備首選的電源。
　　本課題利用亞克力制作電池夾具和燃料罐，利用碳紙、Nafion117等制備MEA，利用不銹鋼材料加工流場板，

3、組裝完成有效面積為4.41 cm2的被動式自呼吸 DMFC，并對該電池進行了性能研究、可視化實驗和溫度特性研究。探討了催化劑種類、Nafion膜材料、擴散層材料、甲醇濃度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等因素對于電池性能的影響；可視化研究了放電電流、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等參數(shù)對于陰極液滴生成規(guī)律的影響；討論了甲醇濃度、放電電流對于電池溫度特性的影響，并研究了該電池的能量效率特性。主要研究成果如下：
　?、賹﹄姵剡M行了一系列的性能實驗并對電池進行

4、優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在制作MEA催化層時，碳黑擔載量為15wt％時電池性能較好；由于濃差極化和甲醇滲透的共同作用，隨著甲醇濃度的增加，電池功率密度先上升后下降，在甲醇濃度為4 mol/L時電池性能最佳；與碳紙相比，碳布孔隙分布較均勻，噴涂擴散層和催化層時物質(zhì)分布更加均勻，傳質(zhì)阻力較小，電池性能較好；Nafion膜越薄，甲醇滲透就越嚴重，當膜薄到一定程度時，甲醇滲透致使電池性能急劇下降；
　　②周圍環(huán)境相對濕度對于電池性能的影響取決于環(huán)境溫度

5、：當環(huán)境溫度低于10℃時，相對濕度對于燃料電池性能影響很??；當環(huán)境溫度為20℃和35℃時，可以發(fā)現(xiàn)，在低電流區(qū)域和中電流區(qū)域，濕度對于燃料電池的性能影響也不大；而在高電流區(qū)域，燃料電池的性能隨著相對濕度的增加而變差；當環(huán)境溫度為50℃時，在低電流區(qū)域電池的性能隨著相對濕度的增加而變好，在高電流區(qū)域，燃料電池的性能隨著濕度的增加而變差；
　?、垭S著周圍環(huán)境溫度的升高，燃料電池的性能明顯提高；
　?、茈S著放電的進行，陰極側(cè)液體分

6、布從分散的小液滴到聚合形成大液滴，直到形成液膜最后覆蓋整個呼吸孔，造成嚴重的陰極水淹現(xiàn)象；同一放電時刻，隨著電流密度的增大，液體覆蓋率增大；溫度一定時，濕度越大越易引起陰極水淹；濕度一定時，溫度越低越易引起陰極水淹；
　　⑤注入燃料后，電池電壓迅速上升，然后緩慢下降，最后又略有回升；而電池溫度先迅速上升，升高速度漸緩，最后達到穩(wěn)定；放電開始瞬間，電池電壓突降，隨著放電的進行緩慢下降，電池溫度先升高后下降；電池溫度隨著放電電流密度和