被動(dòng)式微型直接甲醇燃料電池陽極熱控設(shè)計(jì).pdf

1、微型直接甲醇燃料電池具有能量密度高，無污染，即時(shí)響應(yīng)等特點(diǎn)，使其成為未來便攜式電子產(chǎn)品電源的首選。而被動(dòng)式微型直接甲醇燃料電池的工作方式不需要外界耗能設(shè)備，更加適合用作便攜式電源。目前國(guó)內(nèi)外的研究表明：被動(dòng)式燃料電池的輸出電壓較低；而且溫度對(duì)燃料電池的輸出特性影響最為顯著。因此，建立基于溫度控制的被動(dòng)式微型直接甲醇燃料電池系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。
　　本文首先建立了被動(dòng)式微型直接甲醇燃料電池的二維全電池模型，用來分析溫度特性的影響。模型中耦

2、合了動(dòng)量傳輸方程，質(zhì)量傳輸方程，溫度傳輸方程，電流傳導(dǎo)方程以及電化學(xué)反應(yīng)方程。通過模型分析了不同工作溫度對(duì)甲醇傳輸，陽極壓強(qiáng)和陰極飽和度的影響。仿真結(jié)果表明：提高工作溫度可以增加催化層的甲醇濃度，增加陽極壓強(qiáng)，降低陰極液體飽和度，以上因素均可以提高電池性能。
　　理論分析之后，實(shí)驗(yàn)分析了被動(dòng)式μDMFC的溫度特性。此μDMFC的最佳工作濃度為2mol/L，最佳溶液溫度為60℃。結(jié)果表明：電池工作溫度的適當(dāng)升高可以提高甲醇的擴(kuò)散系數(shù)

3、及提高催化劑活性，從而使電池性能得到明顯提升。
　　傳統(tǒng)燃料電池的溫度測(cè)試的加熱系統(tǒng)的體積及能耗嚴(yán)重制約了μDMFC的工作效率。在理論和實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，本論文設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)熱控系統(tǒng)的微型直接甲醇燃料電池。加熱方法是采用單片機(jī)及繼電器共同控制發(fā)熱片，來為儲(chǔ)液腔里的甲醇水溶液進(jìn)行加熱。此種方法結(jié)合了燃料電池在工作的過程中會(huì)放出一定熱量這一優(yōu)勢(shì)，通過程序控制發(fā)熱片間歇性的工作方式達(dá)到為溶液加熱的目的。此方法提高了燃料電池的工作效率，

4、提高了電池的凈輸出功率。
　　對(duì)熱控系統(tǒng)下的μDMFC性能與傳統(tǒng)電池進(jìn)行對(duì)比分析，證明了熱控系統(tǒng)下的燃料電池在輸出性能，能量效率、法拉第效率、燃料利用率等方面得到明顯改善，其中輸出功率密度提升了2.5倍，有無發(fā)熱系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的法拉第效率與能量效率分別為31.69％，29.03%和9.33%，4.28%。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)功耗進(jìn)行了計(jì)算分析：熱控系統(tǒng)下的燃料電池輸出功與發(fā)熱片做功所需要的功耗之差，其所產(chǎn)生的凈能量遠(yuǎn)大于同等尺寸下的傳統(tǒng)燃料電池輸