直接甲醇燃料電池（DMFC）因具有理論能量密度高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)鋰電池的不二之選。但是直接甲醇燃料電池的推廣和應(yīng)用受到甲醇滲透等問題的影響。本文所依托的課題提出利用超聲霧化供給的方式來緩解甲醇滲透,課題前期已經(jīng)通過實驗驗證了超聲霧化的有效性。本文在此基礎(chǔ)上使用仿真的方式來研究超聲霧化DMFC中甲醇的傳質(zhì)過程,提出優(yōu)化甲醇傳質(zhì)、緩解甲醇滲透的措施。本文主要研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:首先,本文將超聲霧化DMFC系統(tǒng)甲醇的傳質(zhì)分為三個部分:棉芯傳質(zhì)、霧化片傳質(zhì)以及電池膜傳質(zhì),并分別建立各個部分傳質(zhì)的仿真模型。棉芯傳質(zhì)部分的模型是將棉芯簡化為一定量的毛細(xì)管,分析甲醇在單根毛細(xì)管中的受力、流動過程以及流速的影響因素。通過仿真研究了棉芯毛細(xì)管直徑、傳質(zhì)所處的工作環(huán)境以及棉芯的放置方式對棉芯傳質(zhì)速度的影響。研究發(fā)現(xiàn):甲醇在棉芯中的傳質(zhì)高度隨著棉芯毛細(xì)管半徑的增大而減小;隨著環(huán)境溫度從20^°到50^°,甲醇在棉芯內(nèi)傳輸?shù)乃俣仍絹碓酱?但甲醇在棉芯中達(dá)到的穩(wěn)定高度隨著溫度升高而降低。其次,霧化片傳質(zhì)部分采用ANSYS軟件對霧化片模型進(jìn)行模態(tài)和... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）霧化供給DMFC三維但是超聲霧化DMFC存在許多的技

12第2章基于超聲霧化供給的DMFC結(jié)構(gòu)及棉芯傳質(zhì)特性研究2.1基于超聲霧化供給的DMFC結(jié)構(gòu)及傳質(zhì)原理2.1.1電池結(jié)構(gòu)及工作原理本研究設(shè)計了一種結(jié)合主動式和被動式兩種供給方式的蒸汽供給DMFC，結(jié)構(gòu)分為三個部分：燃料供給部分、發(fā)電部分以及超聲驅(qū)動部分，如圖2-1所示。下面對這三個部分分別進(jìn)行介紹與描述。圖2-1超聲霧化電池系統(tǒng)組成燃料供給部分包括蠕動泵和甲醇液體箱，其主要功能是，通過蠕動泵將甲醇泵入發(fā)電部分的甲醇儲液腔。發(fā)電部分按甲醇的傳質(zhì)過程分為三個部分：甲醇在棉芯中的傳質(zhì)、甲醇在霧化片中的傳質(zhì)以及甲醇在電池膜中的傳質(zhì)。發(fā)電部分是將甲醇燃料轉(zhuǎn)化為電能的部分，將其單獨(dú)拆開來看是一個功能完善的典型DMFC。甲醇在發(fā)電部分的傳質(zhì)及原理如下：甲醇在棉芯中的傳質(zhì)是利用棉芯的毛細(xì)管作用將甲醇從儲液腔運(yùn)輸?shù)届F化器系統(tǒng)。而甲醇在霧化器中的傳質(zhì)是借助超聲振動或壓縮空氣等的作用將甲醇

13溶液霧化成微小顆粒的一種裝置，主要由超聲換能器和網(wǎng)式噴霧頭構(gòu)成。其工作原理是利用換能器將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使打有微孔的振子產(chǎn)生高頻振動，從而迫使液體從網(wǎng)式噴霧頭的孔中甩出形成微小的霧滴。與一般的超聲波霧化器相比，這種霧化器能耗更低、體積更孝質(zhì)量更輕，不僅能制造出超細(xì)的顆粒而且霧滴的粒徑可以通過改變多種參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。霧化后的甲醇霧滴通過霧化腔進(jìn)入電池陽極參與電化學(xué)反應(yīng)。陽極側(cè)：+-322CHOH+HO→CO+6H+6e0Anode(E=0.046V)（2-1）陰極側(cè)：+-223O+6H+6e3HO2→0Cathode(E=1.23V)（2-2）將兩式合并之后的總反應(yīng)式：32223CHOH+O2HO+CO2→0Cell(E=1.18V)（2-3）在電池膜的陽極上，通過陽極集電板將甲醇溶液供應(yīng)到陽極催化層，其中部分甲醇被氧化產(chǎn)生電子，質(zhì)子和，而另一部分則通過電解質(zhì)膜直接輸送到陰極；甲醇從陽極通過電解質(zhì)膜滲透到陰極被稱為甲醇滲透，滲透的甲醇會使電池產(chǎn)生混合電位并降低陰極電位。在陰極上，空氣通過陰極集電板擴(kuò)散到陰極催化層，其中大部分氧氣與從陽極通過膜傳導(dǎo)的質(zhì)子和來自陽極的電子反應(yīng)生成水，剩余部分的氧氣與滲透的甲醇發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。然后將在陽極上產(chǎn)生的氣體和在陰極上產(chǎn)生的液態(tài)水排出電池，原理如圖2-2所示。圖2-2電池膜工作原理示意圖[74]超聲驅(qū)動部分包括信號發(fā)生器、功率放大器、阻抗匹配器三部分，其主要作用是給霧化器施加一個合適的驅(qū)動頻率。信號發(fā)生器輸出頻率與霧化片相對應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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