微型直接甲醇燃料電池陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著新能源技術(shù)的迅速發(fā)展和其市場(chǎng)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(diǎn),已然成為最具廣泛發(fā)展前景的新能源。目前由于陰極結(jié)構(gòu)的排水以及氧氣傳質(zhì)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(shè)計(jì)陰極流場(chǎng)結(jié)構(gòu)來解決排水與氧氣傳質(zhì)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(shè)計(jì)了一種新型“十字式”自

2、呼吸陰極流場(chǎng)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有一定數(shù)量的輻條式通道與自呼吸圓孔相通并構(gòu)成“十字單元”,“十字單元”之間通過延長(zhǎng)通道連接在一起形成雙路氧氣傳質(zhì)通路。當(dāng)電池工作時(shí),空氣經(jīng)由極板背面圓孔進(jìn)入,然后通過十字式微型通道被進(jìn)一步分配到膜電極( Membrane Electrode Assembly, MEA)進(jìn)行反應(yīng)。與傳統(tǒng)直孔式結(jié)構(gòu)相比,“十字式”陰極結(jié)構(gòu)的開孔率保持不變,但是增加了氧氣與擴(kuò)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(xué)反

3、應(yīng)并且提高了擴(kuò)散層里水的蒸發(fā)作用。
　　本文首先對(duì)μ-DMFC的陰極“十字式”結(jié)構(gòu)單元建立了三維兩相傳質(zhì)模型,利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)其單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧氣傳質(zhì)分布以及熱對(duì)流現(xiàn)象的仿真模擬,分別從氧氣的濃度分布、催化層表面水的擴(kuò)散速度以及生成水的飽和度等方面理論上驗(yàn)證了“十字式”結(jié)構(gòu)可以提高氧氣擴(kuò)散能力以及加強(qiáng)排水性能。其次利用微加工技術(shù)制作微型燃料電池的陰極“十字式”結(jié)構(gòu)和陽極結(jié)構(gòu),通過機(jī)械封裝方式實(shí)現(xiàn)微型直