現(xiàn)如今移動電子產(chǎn)品的功能日趨復(fù)雜,功耗也極劇地增大,迫切需求能夠持續(xù)穩(wěn)定輸出較大功率的可移動電源。在這種應(yīng)用背景下,微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)由于不需充電、輸出功率與能量轉(zhuǎn)化效率高、不受環(huán)境影響以及燃料易于獲取與儲存等優(yōu)勢,被認為是時下最具有競爭力與發(fā)展前景的新能源之一。μDMFC不能以單體的形式直接使用,在實際應(yīng)用時必須組成電池組系統(tǒng),然而傳統(tǒng)的μDMFC模型在設(shè)計系統(tǒng)時主要存在以下兩個問題:一是傳統(tǒng)模型由于復(fù)雜以及計算量大等問題導(dǎo)致了其仿真時間很長,造成系統(tǒng)設(shè)計的效率低;二是傳統(tǒng)模型沒有考慮不同負載對系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的影響,使得設(shè)計的系統(tǒng)存在較大的能量損失,能量轉(zhuǎn)化效率較低。本文針對以上問題開展了如下研究工作。通過對系統(tǒng)函數(shù)進行簡化與理論推導(dǎo),抽象出一個灰匣子μDMFC單體等效電路模型,應(yīng)用此模型對μDMFC單體的輸出特性、內(nèi)部傳質(zhì)以及電化學(xué)反應(yīng)進行仿真,結(jié)果表明:μDMFC單體等效電路模型在設(shè)計單體的效率上突破了COMSOL求解的單體數(shù)學(xué)物理模型,能夠在保證仿真精度的前提下使仿真時間縮短了一個數(shù)量級,解決了現(xiàn)今模...

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1按電解質(zhì)分類的各種燃料電池基本原理示意圖

燃料電池的結(jié)構(gòu)主要包括以下部分:陽極,陰極和兩極之間的電解質(zhì)。在其對外供電時,燃料被輸送到陽極發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)生的電子要傳輸?shù)酵獠侩娐纷龉κ雇獠吭O(shè)備工作[41-43]。另一方面,氧化劑被輸送到陰極與從外部電路返回的電子發(fā)生還原反應(yīng)[44,45]。電解質(zhì)用于陽極和陰極之間的離子....

圖1-2SFC公司研制的JENNY600S及其應(yīng)用

圖1-2所示為德國SFC公司研制開發(fā)的最新μDMFC產(chǎn)品JENNY600S。該產(chǎn)品的重量為1.7kg,體積為184×74×252mm,是一種非常便攜的能源系統(tǒng)。JENNY600S具有很好的穩(wěn)定性,已廣泛應(yīng)用于便攜式野外通信設(shè)備、筆記本電腦以及小型機械設(shè)備的電力供應(yīng)。此外,該....

圖1-3μDMFC工作過程示意圖

總反應(yīng):對于PEMFC,標準狀態(tài)下(298K,1atm)電池反應(yīng)的吉布斯自由能變與電池電動勢的關(guān)系為:

圖1-4標準的μDMFC極化曲線圖

式中,n為反應(yīng)電子數(shù),EΘ為標準狀態(tài)下電池的可逆電位,F為法拉第常數(shù),ΔGΘ為標準狀態(tài)下的吉布斯自由能變,對于μDMFC其值為-689.2kJ/mol。由(1-1)可知μDMFC放電時每個甲醇分子分解放出6個電子,根據(jù)式(1-4)可得μDMFC的理想電動勢為1.2V。標準的μ....

本文編號：3984076