直接甲醇燃料電池流動(dòng)阻力特性及可視化實(shí)驗(yàn).pdf

1、直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)由于其燃料便宜、補(bǔ)給燃料快、能夠在較低溫度和壓力下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，已成為未來(lái)最有前途的動(dòng)力源之一。目前好多學(xué)者進(jìn)行著燃料電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，由于流體的流動(dòng)特性以及電池流場(chǎng)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(shí)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(duì)自制

2、直接甲醇燃料電池在常溫、常壓下進(jìn)行了陰極可視化實(shí)驗(yàn)和流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)；對(duì)直接甲醇燃料電池陽(yáng)極進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)和流動(dòng)阻力。主要研究工作和結(jié)論如下： 1、通過對(duì)直接甲醇燃料電池陰極進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)，分析了不同陰陽(yáng)極壓差、氧氣流量、進(jìn)氣溫度對(duì)陰極側(cè)液滴生成、長(zhǎng)大、聚合及排出過程的影響，結(jié)合可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析陰極氧氣和水的傳質(zhì)現(xiàn)象及其對(duì)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(chǎng)板和擴(kuò)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(lái)提高陰陽(yáng)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(jìn)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(jìn)行了流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)中，使用平行流場(chǎng)、蛇型流場(chǎng)和指狀流場(chǎng)作為陰極流場(chǎng)，主要對(duì)不同氧氣流量、進(jìn)氣溫度、電流密度、流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)對(duì)陰極進(jìn)出口壓降的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：陰極進(jìn)出口壓差隨著氧氣流量的增加而增大；提

4、高氧氣的進(jìn)氣溫度，進(jìn)出口壓差減??；提高電流密度，進(jìn)出口壓差增大；陰極流場(chǎng)為指狀流場(chǎng)時(shí)，進(jìn)出口壓差最大；增大流道的寬度和深度，進(jìn)出口壓差都會(huì)減小。 3、在直接甲醇燃料電池陽(yáng)極流動(dòng)阻力和可視化實(shí)驗(yàn)中，使用平行流場(chǎng)、蛇型流場(chǎng)和指狀流場(chǎng)作為陽(yáng)極流場(chǎng)，對(duì)DMFC陽(yáng)極進(jìn)行了流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)研究和可視化實(shí)驗(yàn)研究，分析了甲醇流量、進(jìn)液溫度、電流密度、流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)、甲醇濃度等對(duì)陽(yáng)極進(jìn)出口壓降的影響。結(jié)果表明：隨著甲醇溶液流量的增大，陽(yáng)極進(jìn)出口壓差增大；

5、增大甲醇溶液溫度，進(jìn)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(jìn)出口壓差也隨之提高；在相同操作條件下，指狀流場(chǎng)進(jìn)出口壓差最大且電池性能最好；增大流道的寬度和深度，進(jìn)出口壓差都會(huì)減?。辉龃蠹状既芤旱臐舛?，進(jìn)出口壓差會(huì)減小，甲醇溶液濃度太小，不能夠提供足夠的甲醇進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，甲醇水溶液過高則會(huì)引起較多的甲醇滲透，也會(huì)降低性能，較合理的甲醇溶液濃度為1.5mol/L；陽(yáng)極進(jìn)出口壓降隨著生成物CO<,2>的生成、聚合、