自呼吸式直接甲醇燃料電池陰極水管理研究.pdf

1、近年來,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,功能日新月異的便攜式電子設(shè)備對電源續(xù)航能力提出了更高的要求。直接甲醇燃料電池(DMFC)因具有使用方便、能量密度高、低溫啟動、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被視為傳統(tǒng)電源的替代者之一。然而,目前仍有諸多技術(shù)問題阻礙著DMFC的商業(yè)化應(yīng)用,例如甲醇滲透、陰極水管理、穩(wěn)定性等。本文就陰極水管理問題從理論和實(shí)驗(yàn)兩個角度出發(fā),建立模型研究了水在DMFC內(nèi)的傳輸機(jī)理,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了利用一種帶有吸水層的新型結(jié)構(gòu)的膜電極(MEA)來降低

2、水滲透的方案。
　　通過為自呼吸式DMFC建立二維兩相數(shù)值模型,本文對MEA內(nèi)部的氣液相物質(zhì)傳輸、電化學(xué)反應(yīng)過程等進(jìn)行了全面剖析,并運(yùn)用此模型研究了在MEA中加入吸水層的影響。結(jié)果表明:被動式DMFC陽極甲醇的傳質(zhì)主要依靠的是擴(kuò)散運(yùn)動,而陰極液相飽和度對氧氣傳質(zhì)的影響最大;陰陽極催化層的液相飽和度決定了質(zhì)子交換膜兩側(cè)的水含量,進(jìn)而影響了從陽極滲透到陰極的水通量;當(dāng)MEA中加入吸水層時,一方面質(zhì)子交換膜內(nèi)阻下降,另一方面水滲透減少。

3、
　　在理論分析的基礎(chǔ)上,本文采用不同工藝方法制備了利用羥基化的碳納米管作為吸水層的新型MEA。初步測試表明,利用CCM法制備的吸水層MEA性能遠(yuǎn)高于GDE法制備的吸水層MEA。交流阻抗測試結(jié)果表明當(dāng)碳納米管載量較低時(不超過0.4mg/cm2),電池內(nèi)阻有所下降。放電測試結(jié)果表明,吸水層對電池性能的影響需要從電池內(nèi)阻以及降低水滲透兩方面綜合考慮:當(dāng)碳納米管載量過高時(0.8mg/cm2),雖然MEA降低水和甲醇滲透的能力最強(qiáng),但