基于超聲霧化供給的直接甲醇燃料電池結構設計與性能測試.pdf

1、隨著科技的進步和人們生活水平的提高，手機等電子產品逐漸成為人們生活中的必需品，這些電子產品的功能越來越豐富，其耗電量也在不斷增加。傳統(tǒng)電池由于能量密度的限制，已經難以滿足新興電子產品的要求。直接甲醇燃料電池（Direct methanol fuel cell, DMFC）作為一種新型的能量轉化設備應運而生。
　　直接甲醇燃料電池經歷了20多年的發(fā)展，在技術上已日趨成熟，但還存在著催化劑中毒和甲醇滲透的問題，這兩個問題嚴重地制約著其

2、市場化的速度。本文針對甲醇滲透這一問題，提出了一種基于超聲霧化的新型燃料供給方式，設計制作了相應的燃料電池系統(tǒng)，該電池在不降低性能的情況下可以大幅降低甲醇滲透率。本文結合甲醇滲透和電池性能的評價方法，設計制造了實驗用的直接甲醇燃料電池，并完成了相應測試平臺的搭建。最后，在測試平臺上，完成了LabVIEW測試程序的編寫和調試，并最終完成了基于超聲霧化供給方式電的池性能研究。本文的研究內容主要包括以下幾個方面：
　?。?）首先，根據超

3、聲振動能將液態(tài)燃料霧化成微小液滴這一特點，本文提出了一種基于超聲霧化燃料供給的新方法，該方法能減少因液態(tài)供給時陽極壓力大和甲醇濃度高所造成的甲醇滲透。同時設計和制造了相應的DMFC結構和超聲霧化系統(tǒng)。
　?。?）結合甲醇滲透和電池性能的評價方法搭建了相應的測試平臺。通過理論分析，提出了一種簡易單電池極化性能測試方法，建立了低電壓電池極化性能測量平臺，編寫了甲醇滲透率、開路電壓、極化性能測量的LabVIEW測量程序。
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4、）通過實驗研究了超聲霧化供給下DMFC的甲醇滲透率、開路電壓和極化性能。實驗表明：霧狀甲醇進入陽極催化層后與催化層表面的水形成更低濃度的甲醇溶液，使得電解質膜兩側的濃度梯度變小，從而降低了甲醇滲透率。同時較低的甲醇滲透率在陰極引起的混合過電位較小，因此DMFC的開路電壓較高。采用低濃度霧狀甲醇供給時，電池因缺少甲醇參與反應而性能較低。而高濃度霧狀甲醇供給時，大量的甲醇滲透到陰極消耗氧氣的同時產生混合過電位，造成電池性能低下。
　　

5、（4）通過實驗比較了超聲霧化供給與傳統(tǒng)液態(tài)供給下DMFC的甲醇滲透率、開路電壓和極化性能。結果表明：霧化供給時的甲醇滲透率要遠遠小于液體供給，同時開路電壓要高0.01V。對比兩種供給方式時DMFC的最佳性能，4M甲醇霧化供給時的功率峰值為24.7mW，比2M甲醇液體供給時的27.4mW稍低。但從結果也可以看出，采用霧化供給方式，能使用更高濃度的甲醇溶液，并能降低甲醇滲透，在提高燃料能量密度的同時，也能提高燃料的利用率，增加電池使用時間。