非均衡流場(chǎng)微型直接甲醇燃料電池實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell，μDMFC)因具有激活速度快，燃料儲(chǔ)運(yùn)方便且成本低等優(yōu)勢(shì)備受青睞。流場(chǎng)板的結(jié)構(gòu)直接影響電極各部分能否獲得均勻充足的燃料以及反應(yīng)產(chǎn)物的順利排出。本論文通過(guò)比較非均衡流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與常規(guī)均衡流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)μDMFC的流場(chǎng)壓降特性、CO2氣泡排出情況及其輸出性能的影響，以期找到更優(yōu)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
　　 為了解決CO2氣泡易堵塞流道的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了入口寬度400μm

2、、深度757μm的非均衡流場(chǎng)和與之特征參數(shù)相等的均衡流場(chǎng)。設(shè)計(jì)制作了活性面積為14mm×14mm的半主動(dòng)式透明μDMFC。采用課題組搭建的μDMFC測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試了電池性能和陽(yáng)極流場(chǎng)進(jìn)出口壓降，觀測(cè)了陽(yáng)極流場(chǎng)中CO2氣泡運(yùn)動(dòng)情況。
　　 在保證通入μDMFC的甲醇濃度和流量等操作條件一致的情況下，研究了恒電流模式(20mA、60mA和100mA)下兩種流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)陽(yáng)極流場(chǎng)進(jìn)出口壓降以及CO2排出的影響。在20mA電流下，兩種電池流

3、場(chǎng)進(jìn)出口壓降幅值和變化周期基本一致：當(dāng)電流提高到60mA和100mA后，非均衡流場(chǎng)進(jìn)出口壓降幅值和變化周期比均衡流場(chǎng)的小，在100mA時(shí)后者壓降的平均值和變化周期分別是前者的2倍和5倍。在大電流下，均衡流場(chǎng)中存在明顯的CO2氣泡堵塞流道現(xiàn)象，但在非均衡流場(chǎng)中氣泡排出比較順暢，且沒(méi)有出現(xiàn)全流場(chǎng)氣泡情況。采用非均衡流場(chǎng)板組裝的電池峰值功率比采用均衡流場(chǎng)板組裝的電池峰值功率提高了15％。
　　 為了進(jìn)一步研究微型非均衡流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)電池性

4、能的影響以及研究聚合物流場(chǎng)板的批量復(fù)制技術(shù)，采用熱壓工藝制作了流場(chǎng)入口寬度135μm、深度200μm的PMMA流場(chǎng)板。對(duì)這種高深度且密集型的微結(jié)構(gòu)，圖形復(fù)制和脫模是熱壓工藝的兩個(gè)難題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提高熱壓溫度、壓力和基片厚度有利于圖形復(fù)制精度的提高；基片越厚所需的脫模溫度越高。在熱壓溫度120℃、壓力600Kg、脫模溫度100℃下，2mm厚度基片的微溝道平均寬度誤差和平均深度誤差分別為2.3％和3.6％。在此基礎(chǔ)上，采用熱壓制作的流場(chǎng)板