被動(dòng)式直接甲醇燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)具有工作時(shí)間長(zhǎng)，工作溫度較低，甲醇來源豐富且存儲(chǔ)方便，易于微型化和集成，以及產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望替代便攜式電子設(shè)備中使用的傳統(tǒng)電源的新型電源之一。借助數(shù)值模擬研究，從理論上分析燃料電池內(nèi)部的傳質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)過程，進(jìn)而為優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和篩選操作條件提供科學(xué)的理論指導(dǎo)，可以有效減小電池的設(shè)計(jì)成本和周期。因此，對(duì)直接甲醇燃料電池(DM

2、FC)內(nèi)的兩相流動(dòng)、傳質(zhì)及電化學(xué)反應(yīng)過程的數(shù)值模擬研究，具有重要的意義。
　　本文利用多孔介質(zhì)中的兩相流理論，建立了被動(dòng)式DMFC的一維和二維兩相數(shù)學(xué)模型，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性，分析了多孔介質(zhì)中的兩相物質(zhì)傳輸、電子和質(zhì)子傳輸、電化學(xué)過程，以及質(zhì)子交換膜中的甲醇滲透和水滲透現(xiàn)象，結(jié)果表明：陽極甲醇傳質(zhì)是影響電池性能的一個(gè)主要因素，陰極氧氣傳質(zhì)是次要因素；滲透到陰極的甲醇在陰極催化層內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)的過電位，降低了電池性能；甲

3、醇滲透中擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，擴(kuò)散滲透分量隨著電流密度的增加而減小，電滲分量受陽極催化層和質(zhì)子交換膜界面處的甲醇濃度和電流密度共同影響；甲醇濃度增加時(shí)，甲醇滲透現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致電池燃料利用率和能量效率降低；工作溫度升高時(shí)，燃料利用率逐漸下降，而能量效率在小電流密度條件下降低，在大電流密度條件下提高；電流收集層下容易出現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w或水的聚集，加劇電流收集層下甲醇溶液的匱乏，或者“水淹”現(xiàn)象的出現(xiàn)；陰極液體壓強(qiáng)高于陽極液體壓強(qiáng)，促使液體從陰極流向