直接甲醇燃料電池流動阻力特性及可視化實驗.pdf

1、直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)由于其燃料便宜、補給燃料快、能夠在較低溫度和壓力下運行等優(yōu)點，已成為未來最有前途的動力源之一。目前好多學者進行著燃料電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計，由于流體的流動特性以及電池流場內(nèi)的壓降特性影響反應(yīng)物分配的均勻性、生成物的排出和電池系統(tǒng)的效率，這兩者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化時是應(yīng)該考慮的。 本論文主要由以下幾部分構(gòu)成：首先制備了一塊3×3cm<'2>膜電極(MEA)，對自制

2、直接甲醇燃料電池在常溫、常壓下進行了陰極可視化實驗和流動阻力實驗；對直接甲醇燃料電池陽極進行了可視化實驗和流動阻力。主要研究工作和結(jié)論如下： 1、通過對直接甲醇燃料電池陰極進行可視化實驗，分析了不同陰陽極壓差、氧氣流量、進氣溫度對陰極側(cè)液滴生成、長大、聚合及排出過程的影響，結(jié)合可視化實驗結(jié)果分析陰極氧氣和水的傳質(zhì)現(xiàn)象及其對燃料電池性能影響，結(jié)果表明：液滴總是首先出現(xiàn)在流場板和擴散層交界的夾角處，并且液滴出現(xiàn)具有一定的規(guī)律性；通過

3、提高陰極的背壓來提高陰陽極壓差可以提高電池的性能；從可視化圖片和性能曲線可以看出：提高氧氣流量，陰極流道中的水明顯減少，“水淹”現(xiàn)象減小，電池性能也隨之提高；提高氧氣的進氣溫度，有助于提高電池的性能。 2、在直接甲醇燃料電池陰極進行了流動阻力實驗中，使用平行流場、蛇型流場和指狀流場作為陰極流場，主要對不同氧氣流量、進氣溫度、電流密度、流場板結(jié)構(gòu)對陰極進出口壓降的影響進行了實驗，結(jié)果表明：陰極進出口壓差隨著氧氣流量的增加而增大；提

4、高氧氣的進氣溫度，進出口壓差減小；提高電流密度，進出口壓差增大；陰極流場為指狀流場時，進出口壓差最大；增大流道的寬度和深度，進出口壓差都會減小。 3、在直接甲醇燃料電池陽極流動阻力和可視化實驗中，使用平行流場、蛇型流場和指狀流場作為陽極流場，對DMFC陽極進行了流動阻力實驗研究和可視化實驗研究，分析了甲醇流量、進液溫度、電流密度、流場板結(jié)構(gòu)、甲醇濃度等對陽極進出口壓降的影響。結(jié)果表明：隨著甲醇溶液流量的增大，陽極進出口壓差增大；

5、增大甲醇溶液溫度，進出口壓差減小，提高甲醇溶液溫度有利于電池性能的提高；提高電流密度，進出口壓差也隨之提高；在相同操作條件下，指狀流場進出口壓差最大且電池性能最好；增大流道的寬度和深度，進出口壓差都會減??；增大甲醇溶液的濃度，進出口壓差會減小，甲醇溶液濃度太小，不能夠提供足夠的甲醇進行電化學反應(yīng)，甲醇水溶液過高則會引起較多的甲醇滲透，也會降低性能，較合理的甲醇溶液濃度為1.5mol/L；陽極進出口壓降隨著生成物CO<,2>的生成、聚合、