直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)是一種將甲醇氧化反應的化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置,具有結構簡單、清潔環(huán)保、理論能量密度高、燃料的存儲和運輸便利等優(yōu)點,在便攜式移動設備和交通運輸?shù)阮I域具有廣闊的應用前景。然而,功率密度低、能量轉化效率低、催化劑毒化等問題嚴重影響了 DMFC的商業(yè)化進程。為了提高電池的功率密度和能量轉化效率,充分發(fā)揮催化劑固有的反應能力,目前已有大量學者分別對系統(tǒng)運行參數(shù)、極板幾何參數(shù)與膜電極參數(shù)的優(yōu)化設計做了大量研究,但是沒有考慮到不同類別參數(shù)對DMFC性能的耦合影響,對DMFC性能的提升有一定局限性。本文基于實驗綜合研究了系統(tǒng)運行參數(shù)、極板幾何參數(shù)與膜電極參數(shù)對DMFC性能的耦合影響,開展了 DMFC多類別參數(shù)的協(xié)同建模與參數(shù)優(yōu)化設計,并利用CFD數(shù)值模擬揭示了 DMFC內部的流動特性。(1)搭建了一個多參數(shù)可調的DMFC性能實驗平臺,平臺由DMFC單電池和輔助系統(tǒng)構成。設計了 100組綜合考慮系統(tǒng)運行參數(shù)、極板幾何參數(shù)和膜電極參數(shù)的實驗。系統(tǒng)運行參數(shù)包括甲醇濃度、溫度、甲醇和空氣流速;極板幾何參數(shù)上,為適應電池... 

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圖１．１燃料電池的應用（圖片來源于互聯(lián)網）??

Ｃ）燃料電池汽車?ｄ）固定式發(fā)電設備??圖１．１燃料電池的應用（圖片來源于互聯(lián)網）??ＤＭＦＣ自２０世紀９０年代被發(fā)明以來，各國科研工作者對其進行大量的研宄，??取得了長足的發(fā)展。ＤＭＦＣ作為供電裝置，要實現(xiàn)商用的前提是電池的功率密度??和效率必須達到一個較高的水平，而目前ＤＭＦＣ的功率密度和效率都比較低。??ＤＭＦＣ的功率密度和效率低的原因主要有：甲醇穿透、催化劑活性低和嚴重的陰??極水淹［１Ｇ１。此外，甲醇在氧化不完全的情況下會生成一氧化碳、甲醛和甲酸等副??產物，一氧化碳會毒化Ｐｔ催化劑，甲醛和甲酸則有一定腐蝕性，因此ＤＭＦＣ的??耐久性較差［１１］。研究發(fā)現(xiàn)，ＤＭＦＣ的運行參數(shù)和設計參數(shù)對功率密度和能量轉化??效率影響顯著，在現(xiàn)有的催化劑水平下，通過對電池的運行參數(shù)和設計參數(shù)進行??優(yōu)化是提高電池的功率密度和效率的有效途徑。??１．２直接甲醇燃料電池的工作原理??ＤＭＦＣ是一種能量轉化裝置

??流場，如圖１．４所示［２（）－２４１。除了流場形式，流道的截面設計（包括截面形狀和截??面尺寸）、流道的長度、流道的間距和流場的開孔率都對ＤＭＦＣ內部的流動特性??影響顯著。??ＩＱ?Ｏ１?１Ｃ?〇１?Ｑ?：??Ｓ１ＢＩ９Ｂ８ＳＢＳ１Ｉ１Ｓ１?．■…：■……二發(fā)：＜像氣??５腳?ｉｉｌｌｉＳＩＳｌｉ?１１１?…?????■＇…，．｜??１１１?ｔｒ：?；?ｗ：ｚ??〇?ｏｌ?ｌｏ?ｏｌ?ｉｏ?ｂ??ａ）平行流場?ｂ）單蛇形流場?ｃ）多重蛇形流場??１—?＇?／?〇１?ｑ?／：：：：二．：ｌ?＾?＇Ｑ?〇??肩薩＿??ｄ）交叉形流場?ｅ）點狀流場?ｆ）螺旋形流場??圖１．４?ＤＭＦＣ的各種流場形式??Ｙａｎｇ等［２５］通過實驗研宄了單蛇形流道和平行流道對ＤＭＦＣ性能的影響，發(fā)??現(xiàn)單蛇形流道比平行流道性能更好，對單蛇形流道設計參數(shù)研宄表明，開孔率（流??場流道面積與整個流場面積的比值）和流道長度對電池性能和壓降均有顯著影響。??在中高濃度的甲醇溶液下，開孔率為５０％的流道性能最好。在低濃度的甲醇溶液??下，開孔率更高的流道性能更好。除此之外，更長的流道性能更好的同時帶來了??更大的壓降。Ｊｕｎｇ等［２４：＞建立了一個ＣＦＤＲＣ?ｈａｌｆ－ｃｅｌｌ的ＤＭＦＣ陰極仿真模型，研??宄了平行流場、蛇形流場和點狀流場流動特性，發(fā)現(xiàn)蛇形流場能使反應物分布更??加均勻

【參考文獻】：
期刊論文
[1]中國燃料電池汽車發(fā)展問題研究[J]. 劉宗巍,史天澤,郝瀚,趙福全.  汽車技術. 2018(01)
[2]我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 李春曦,王佳,葉學民,喻橋.  電力科學與工程. 2012(04)

博士論文
[1]被動式直接甲醇燃料電池結構設計及性能研究[D]. 賴勤志.哈爾濱工業(yè)大學 2009

碩士論文
[1]高鉑載量高活性低溫燃料電池催化劑的制備及其研究[D]. 劉賓.華南理工大學 2012
[2]直接甲醇燃料電池穩(wěn)定性研究[D]. 劉敏.中南大學 2010
[3]直接甲醇燃料電池膜電極制作及性能研究[D]. 夏朝陽.武漢大學 2004



本文編號：2918046