直接甲醇燃料电池热传递数值模拟

本文建立了二维两相非等温的直接甲醇燃料电池(DMFC)模型,综合考虑了DMFC中的电化学反应、热传递、组分传递和甲醇串流。计算了电池内的温度分布、不同电流密度下的膜电极内部最大温差和膜电极平均温度;在此基础上研究了环境和甲醇进口浓度对电池性能、膜电极内平均温度和最大温差的影响。结果表明:膜电极内阴极的温度高于阳极;甲醇进口浓度的上升导致膜电极内平均温度和最大温差上升;环境对电池性能的影响很小。     

被动式燃料电池动态性能传质影响实验研究

自行研制了可在任意角度下工作的小型被动式直接甲醇燃料电池。对被动式燃料电池在不同电流负载变化情况下的输出电压动态响应开展了实验研究工作。实验结果表明,在加载电流的时候,阳极甲醇溶液浓度为9 mol/L时燃料电池的输出电压明显高于溶液浓度为5 mol/L时的,而且变化比较平稳。在卸载电流以及低电流密度时,阳极燃料浓度为5mol/L的电压高于浓度为9 mol/L时的。放电电流密度越高,低浓度时的放电电压越不稳定。从被动式燃料电池内部传质过程与电化学反应耦合的角度对实验结果开展了分析。     

基于高氢气利用率的质子交换膜燃料电池运行特性研究

为了提高氢气利用率本文对氢氧燃料电池在不同的阳极进口压力、阴极过量系数以及工作温度下进行阳极长时间闭口运行,考察阳极闭口对电池性能的影响。在每个操作条件运行期间阳极电池阀均未中途打开(单个操作条件最长运行时间26 h),氢气利用率达100%。结果表明:氢氧燃料电池除了在低阴极过量系数且高电流密度之外在其它各工况下阳极闭口能长时间稳定运行。膜电极分区域断面SEM测试表明出口处附近区域阳极和阴极催化层均有所减薄而其它区域膜电极催化层均没有受到影响。这表明电池出口附近碳腐蚀造成的催化层减薄与电池出口附近处水淹是有必然联系的。     

被动式DMFC变负载动态响应特性

被动式直接甲醇燃料电池作为新型便携式电源,势必会遇到负载动态变化的工作环境。本文针对持续加载/瞬间卸载、持续加载/持续卸载及梯形加载时被动式直接甲醇燃料电池的动态响应进行了实验研究,获得了变负载时电池电压及温度的响应规律。结果表明:加载时电池电压降低、温度升高,而卸载瞬间电压骤升、温度骤降;持续卸载时温度响应滞后于电流密度的变化及电压响应;梯形加载时恒流放电过程对持续加载和卸载时电压响应的影响较小;电池温度随加载周期整体上呈升高趋势。     

直接甲醇燃料电池两相非等温模型

本文建立了直接甲醇燃料电池的两相、非等温模型.采用多孔介质中的经典多相流动模型来计算电池内与电化学反应相耦合的传质、传热问题;模型中考虑了水的汽化凝结过程和甲醇窜流对电池性能的影响.计算结果表明电池内温度分布不均匀,温度最高点出现在阴极催化层;阳极甲醇浓度分布不均匀是造成阳极催化层内局部反应速率不均匀分布的主要原因,而阴极催化层局部反应速率主要依赖于阴极过电势的分布;大的流场板开口比条件下电池整体均匀性较好,性能得到提高.     

基于非铂无膜阴极直接甲酸燃料电池性能特性

本文通过采用天然管状材料制备了一种非铂无膜的空气自呼吸一体式阴极。该电极实现了传统电极中的支撑层、气体扩散层和催化层的功能,因而省去了质子交换膜并简化了燃料电池阴极的制备工艺。基于上述阴极和镀Pd石墨棒阳极,本文构建了无膜管状自呼吸式直接甲酸燃料电池。文中还对阳极液酸碱性、支持电解质浓度、甲酸根浓度和阳极液流速对电池性能的影响特性进行了研究,结果表明,当阳极液采用0.5 mol/L HCOONa+4.0 mol/L KOH,流速为756μL/min时,电池可获得最大功率密度0.73 mW/cm~3。     

直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场两相流研究

本文针对配备三通道蛇形阳极流场的液态进料直接甲醇燃料电池阳极两相流及电池性能开展了实验研究.液态进料的直接甲醇燃料电池阳极流床内会形成二氧化碳气泡与甲醇溶液构成的两相流系统,其两相流特性受到电池流道设计、运行工况和工作角度的影响,并同时影响燃料电池的性能.本文设计了三通道蛇形流场,通过可视化实验得到直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场内的两相流特性随电流密度变化的规律,并研究了燃料电池在不同旋转角度下的两相流特性和电池性能.实验结果表明:在不同的旋转角度下,电池都体现出较好的工作性能.     

PEM燃料电池内液态水和温度分布特性

水和热的管理对PEM燃料电池的性能具有决定性的作用.本文建立了一个两相流模型,对PEM燃料电池换质子交换膜和阴极中的水分和温度进行了模拟,分析了燃料电池阴极中液态水和质子交换膜中水分,以及阴极催化剂层和质子交换膜中温度的分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度,电池阴极中的液态水和质子交换膜中的含水量显著增加;沿着气体流动方向,燃料电池内的温度降低,水分含量升高;从质子交换膜阳极侧到阴极催化剂层中,温度先升高,达到最大值后,渐渐降低.     

直接甲醇燃料电池膜及阴极模拟

本文提出一个针对直接甲醇燃料电池膜及阴极的二维、多组分稳态数学模型．模型根据直接甲醇膜燃料电池膜及阴极运行工况特性,考虑质量、动量、组分守恒以及电池中的电化学过程而建立,并应用了计算流体动力学(CFD)技术．模拟结果表明传质对直接甲醇燃料电池的性能影响很大;本文还进行了直接甲醇燃料电池阴极水管理的初步探讨．     

直接甲醇燃料电池

文章简要介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的主要特点、工作原理、应用前景、技术状态及其商业化面临的挑战，开发能够提高甲醇氧化和氧还原动力学速率的低成本电催化剂，制备具有高质子电导率、低甲醇渗透率的电解质膜，实现高性能、长寿命的电极、膜电极制备技术以及系统集成技术的突破对DMFC商业化至关重要。