微型直接甲醇燃料電池陰極結構設計與實現.pdf

1、隨著新能源技術的迅速發(fā)展和其市場需求量的不斷增大,微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μ-DMFC)由于其能量密度高、體積小、無污染、室溫操作等優(yōu)點,已然成為最具廣泛發(fā)展前景的新能源。目前由于陰極結構的排水以及氧氣傳質等問題,使得微型直接甲醇燃料電池輸出效能受到限制。通過合理設計陰極流場結構來解決排水與氧氣傳質的問題是目前提高燃料電池能量密度的重要手段之一,本文設計了一種新型“十字式”自

2、呼吸陰極流場結構,該結構具有一定數量的輻條式通道與自呼吸圓孔相通并構成“十字單元”,“十字單元”之間通過延長通道連接在一起形成雙路氧氣傳質通路。當電池工作時,空氣經由極板背面圓孔進入,然后通過十字式微型通道被進一步分配到膜電極( Membrane Electrode Assembly, MEA)進行反應。與傳統(tǒng)直孔式結構相比,“十字式”陰極結構的開孔率保持不變,但是增加了氧氣與擴散層之間的接觸面積,從而使氧氣能夠更充分均勻的參與電化學反

3、應并且提高了擴散層里水的蒸發(fā)作用。
　　本文首先對μ-DMFC的陰極“十字式”結構單元建立了三維兩相傳質模型,利用COMSOL Multiphysics軟件對其單元結構進行氧氣傳質分布以及熱對流現象的仿真模擬,分別從氧氣的濃度分布、催化層表面水的擴散速度以及生成水的飽和度等方面理論上驗證了“十字式”結構可以提高氧氣擴散能力以及加強排水性能。其次利用微加工技術制作微型燃料電池的陰極“十字式”結構和陽極結構,通過機械封裝方式實現微型直