被動式直接甲醇燃料電池數(shù)學模型研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)具有工作時間長，工作溫度較低，甲醇來源豐富且存儲方便，易于微型化和集成，以及產(chǎn)物對環(huán)境污染小等優(yōu)點，是最有希望替代便攜式電子設備中使用的傳統(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)和電化學反應過程，進而為優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和篩選操作條件提供科學的理論指導，可以有效減小電池的設計成本和周期。因此，對直接甲醇燃料電池(DM

2、FC)內(nèi)的兩相流動、傳質(zhì)及電化學反應過程的數(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，建立了被動式DMFC的一維和二維兩相數(shù)學模型，利用實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的正確性，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)生了一個負的過電位，降低了電池性能；甲

3、醇滲透中擴散起主導作用，擴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，甲醇滲透現(xiàn)象加劇，導致電池燃料利用率和能量效率降低；工作溫度升高時，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)二氧化碳氣體或水的聚集，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)；陰極液體壓強高于陽極液體壓強，促使液體從陰極流向