鈦基μDMFC流場(chǎng)板極端潤(rùn)濕微結(jié)構(gòu)及其氣液分相效能研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell，μDMFC)是一種具有廣闊前景的電源，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、室溫工作、快速加燃料以及低噪聲等顯著優(yōu)點(diǎn)。氣液兩相混流是影響μDMFC性能的關(guān)鍵因素之一，表現(xiàn)為陽(yáng)極CO2氣泡占據(jù)流場(chǎng)和陰極易發(fā)生水淹等阻塞反應(yīng)物傳輸?shù)膯?wèn)題。本文圍繞這一重要問(wèn)題，在鈦基底上設(shè)計(jì)、制備了具有極端潤(rùn)濕（超親水/超疏水）特性的微結(jié)構(gòu)輔助通道以實(shí)現(xiàn)氣液分流，研究了新型流場(chǎng)中氣

2、液分相輸運(yùn)特性及其對(duì)電池性能的影響。
　　通過(guò)一步陽(yáng)極氧化法在鈦基底上產(chǎn)生微納分級(jí)結(jié)構(gòu)表面，獲得了接觸角為0°的超親水特性的鈦基板表面。研究了不同工藝參數(shù)對(duì)超親水特性的影響，發(fā)現(xiàn)氧化電壓越高，超親水性越強(qiáng);電解液溫度對(duì)超親水性的影響在不同電壓區(qū)間有不同表現(xiàn)，氧化電壓為20～40V時(shí)，鈦表面的超親水性隨著電解液的溫度升高而增強(qiáng)，但是這種趨勢(shì)在60～80V的電壓區(qū)間發(fā)生逆轉(zhuǎn)。經(jīng)氟硅烷修飾后，超親水的氧化鈦表面變成超疏水，結(jié)果表明，本實(shí)

3、驗(yàn)獲得的超疏水鈦表面接觸角、滾動(dòng)角以及接觸滯后角分別為160°、2°和1.7°。本文制備的極端潤(rùn)濕表面在酸性、中性、堿性水溶液以及大氣環(huán)境下均具有良好的穩(wěn)定性。
　　分別設(shè)計(jì)了帶超疏水排氣微通道的新型陽(yáng)極流場(chǎng)和帶超親水排液微通道的新型陰極流場(chǎng)，利用ANSYS軟件計(jì)算了微通道的合理深度，結(jié)合流場(chǎng)開孔率等要素確定流場(chǎng)溝道寬度及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。試驗(yàn)確定了具有極端潤(rùn)濕微結(jié)構(gòu)的鈦基流場(chǎng)板微細(xì)加工工藝流程，結(jié)合光刻與濕法蝕刻技術(shù)，通過(guò)陽(yáng)極氧化法

4、獲得超親水輔助溝道，再經(jīng)氟化可得到超疏水排氣通道。最后，通過(guò)二次光刻與濕法刻蝕工藝形成燃料或氧氣進(jìn)給的主通道，制備出新型流場(chǎng)板。
　　設(shè)計(jì)制作包含親水燃料溝道和超疏水氣體通道嵌套排布的聚碳酸酯模擬流場(chǎng)板，以雙氧水溶液的分解反應(yīng)模擬氣液兩相流過(guò)程，流場(chǎng)壓降測(cè)試結(jié)果表明，新流場(chǎng)中的平均壓降比參比流場(chǎng)減小了37％，可視化觀察表明輔助氣體通道加速了氣泡的釋放。將具有超疏水通道的新型陽(yáng)極流場(chǎng)組裝成電池并研究其陽(yáng)極流場(chǎng)氣液輸運(yùn)特性，結(jié)果表明，