液相進料DMFC內的兩相流與阻力特性研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)由于甲醇來源豐富，價格便宜，其水溶液易于攜帶和貯存等優(yōu)點，已成為未來最有發(fā)展前景的便攜式電源之一。目前國內外對DMFC的研究大部分集中60℃以上階段，環(huán)境溫度下的還較少。而采用DMFC作為便攜式電源的工具（如筆記本電腦、手機、PDA等）一般都是在常溫下使用，所以有必要開展對環(huán)境溫度下DMFC的性能研究。
　　 本文主要以環(huán)境溫度下的液相進料DMFC為研究對象，開展了以下研究工作:設計并組裝了可視化的液

2、相進料燃料電池;建立和調試了燃料電池測試系統(tǒng);對DMFC的膜電極進行了活化研究;分析了陽極和陰極流場結構對DMFC性能的影響;對DMFC陽極阻力特性進行了的研究。主要結論如下:
　　 (1) DMFC膜電極的活化研究。采用了三種不同的活化方法對膜電極進行活化，分析了不同的活化參數(shù)（如活化時間、活化介質、活化放電電流）對直接甲醇燃料電池性能的影響。從實驗中可以看出:膜電極經過活化后，電池的性能得到明顯提升。采用普通潤濕活化、酸活化

3、和放電活化都能使膜電極的性能達到最佳，只是三種活化方法使膜電極活化達到最佳所需的時間不同，普通潤濕活化需要的時間較長為四個小時，而酸活化和放電活化所需的時間都較短為兩個小時。采用放電活化時，小電流密度能使膜電極性能達到最佳，而在大電流密度下膜電極的性能有所下降。
　　 (2)陽極和陰極流場結構對DMFC性能的影響。當陽極和陰極分別采用平行流場、蛇形流場和交指流場作為流道時，對電池進行了性能的測試。并對陽極生成的CO2氣泡以及陰極

4、的水滴現(xiàn)象進行了可視化研究，分析了陽極和陰極流場結構的不同對DMFC性能的影響。結果表明:對于陽極流場來說，蛇形流場因其更易于CO2氣泡的排出而性能最好，而平行和交指流場中則會出現(xiàn)CO2氣泡堵塞流道的現(xiàn)象，影響了甲醇的傳輸，性能較差，因此采用蛇形流場作為DMFC的陽極流場。對于陰極流場來說，平行流場由于氧氣流速較慢流道易出現(xiàn)“水淹”現(xiàn)象，影響了氧氣的傳輸，使得電池性能較差;蛇形流場雖更易于水滴的排出，其性能要優(yōu)于平行流場，但其流道較長，

5、易造成氧氣分布不均勻，流道底部出現(xiàn)供氧不足而造成電池性能的下降;交指流場由于其特殊的流道結構能保證氧氣的充足供應，所以其作為DMFC陰極流場時電池的性能最佳。
　　 (3) DMFC陽極阻力特性的研究。首先對DMFC陽極流道內進出口壓降進行了實驗研究，采用三種不同形式的流場組裝了透明的液相進料DMFC，分析了甲醇流量、甲醇濃度和流場形式對陽極進出口壓降的影響，可以得出以下結論:流量較小時，陽極流場進出口壓降隨著電流密度增大先升高

6、后降低最后趨于穩(wěn)定;在大流量下，陽極流場進出口壓降隨電流密度增大而增加直至穩(wěn)定。隨著甲醇濃度的增大，陽極流場進出口壓降略有下降，但是變化不大，說明甲醇濃度對陽極進出口壓降的影響較小。在相同流量情況下，選用平行流場時壓降最小、交指流場次之、蛇形流場壓降最大，并且隨甲醇流量增大，蛇形流場的壓降增加幅度要快于其他兩種形式的流場。然后對陽極采用蛇形流場的DMFC建立了陽極流道內兩相流流動壓力降模型。通過與實驗結果相比較驗證了模型的正確性。分析了