本文關(guān)鍵詞：空氣源電化學(xué)分離制氧—單池性能及系統(tǒng)優(yōu)化

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【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,人類(lèi)快速的工業(yè)化進(jìn)程,導(dǎo)致空氣污染日益嚴(yán)重,生存環(huán)境逐漸惡化。尤其受近幾年出現(xiàn)嚴(yán)重“霧霾”天氣的影響,大氣環(huán)境質(zhì)量越來(lái)越受到人們的重視�？諝庵醒鯕獾难a(bǔ)給是提高空氣質(zhì)量的重要方式之一。本論文研發(fā)空氣源電化學(xué)分離連續(xù)制備純氧技術(shù),與傳統(tǒng)制氧方法相比,該制氧技術(shù)具有空氣源分離制氧、能量效率高、連續(xù)運(yùn)行、環(huán)境友好、安靜、易規(guī)模放大等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外場(chǎng)所氧氣的補(bǔ)給。質(zhì)子交換膜燃料電池和固體聚合物電解池(簡(jiǎn)稱(chēng)燃料電池和電解池)是該制氧技術(shù)的關(guān)鍵部件,其性能影響制氧系統(tǒng)產(chǎn)氧量。因此,本論文(1)分別考察了燃料電池和電解池操作條件對(duì)性能的影響,考察的因素有燃料電池的操作溫度、反應(yīng)氣體利用率、相對(duì)濕度和操作壓強(qiáng)以及電解池的陰陽(yáng)極供水方式、循環(huán)水流速和操作溫度等。(2)考察了燃料電池膜電極組件的制備工藝參數(shù)對(duì)單池性能的影響。(3)對(duì)制氧系統(tǒng)進(jìn)行探索研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)以氫氣為燃料、空氣為氧化劑的單池最佳性能條件為：常壓操作時(shí),操作溫度為60℃,峰值功率密度可達(dá)0.42 W·cm-2,膜面電阻為77 mohm·cm2,膜電導(dǎo)率為41.4mS·cm-1。Tafel斜率受溫度影響較小,在120 mv·dec-1左右,但受相對(duì)濕度影響較大。在60℃下,提高空氣(氧)和氫氣利用率,單池性能逐漸下降；增加反應(yīng)氣體相對(duì)濕度,單池性能顯著提高；操作壓強(qiáng)對(duì)單池性能影響較小,在0.1 MPa下峰值功率密度達(dá)0.52 W·cm-2。電解池單池最優(yōu)化操作條件為：供水方式為陰陽(yáng)兩極供水(與陽(yáng)極供水相近),操作溫度對(duì)性能影響較大且最佳為65℃,膜的面電阻為1.08 ohm·cm2,膜電導(dǎo)率為11.7mS·cm-1。循環(huán)水流速對(duì)電解池性能影響較小。在上述實(shí)驗(yàn)條件下,燃料電池中Nafion(?)211膜和電解池中的Nafion(?)115膜的活化能計(jì)算值分別為3.75 kJ·mol-1和4.61kJ·mol-1。(2)在所考察條件范圍內(nèi),燃料電池膜電極組件最優(yōu)的熱壓工藝參數(shù)為140℃,210s,3MPa。(3)增大輔助電解池電流,燃料電池性能提高,制氧系統(tǒng)總產(chǎn)氧量顯著增加。增加燃料電池陰極空氣的流量和相對(duì)濕度,制氧系統(tǒng)主單元產(chǎn)氧量增加。當(dāng)輔助單元電流密度為588 mA·cm-2,燃料電池陰極空氣流量為100 mL·min-1,相對(duì)濕度為100%時(shí),制氧系統(tǒng)總產(chǎn)氧量為20mL·min-1,燃料電池單位面積產(chǎn)氧量和單位電流密度產(chǎn)氧量分別為0.4mL·min-1·cm-2和1.9 mL·cm2·min-1·mA-1。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ116.14;TM911.4

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本文編號(hào)：1189788