直接甲醇燃料電池膜電極的關(guān)鍵材料與模型模擬研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)是目前最具有市場應(yīng)用前景的新能源之一。膜電極是直接甲醇燃料電池的核心部件,通過實驗和模型模擬研究對于優(yōu)化直接甲醇燃料電池的膜電極結(jié)構(gòu)、提高電池的放電性能具有重要的研究意義。
　　 本論文從模型模擬和實驗兩個角度出發(fā),旨在深入研究和識別膜電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電池宏觀性能之間的構(gòu)效關(guān)系。在直接甲醇燃料電池的參數(shù)統(tǒng)計分析和優(yōu)化管理、膜電極關(guān)鍵材料的制備與表征、單電池的放電性能、模型模擬等方面分別做了系統(tǒng)性和具體

2、化的研究與探討,以提高膜電極的電池性能、穩(wěn)定性和能源效率,為膜電極及電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。
　　 根據(jù)直接甲醇燃料電池參數(shù)的特性,將其劃分為幾何參數(shù)、物性參數(shù)、工作參數(shù)、常量參數(shù)四個類別。為了更好的對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化管理,我們建立參數(shù)分級模型,根據(jù)電池的性能與參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)函數(shù)將參數(shù)分成零級參數(shù)、一級參數(shù)、二級參數(shù)和三級參數(shù)。對于不同級別的參數(shù),我們給予了相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化管理策略。該項研究工作為論文的研究方向做了有效的指導(dǎo),確定研究

3、工作的重點是在膜電極部分,并選擇膜材料作為膜電極的關(guān)鍵材料進(jìn)行研究。
　　 采用無機(jī)-有機(jī)雜化法對Nafion(R)進(jìn)行改性,通過流延法制備得到了鈦酸鈉納米管/Nafion(R)新型復(fù)合膜,并且對其微觀結(jié)構(gòu)和材料性能進(jìn)行了表征和測試。研究結(jié)果表明,鈦酸鈉納米管/Nafion(R)復(fù)合膜具有良好的高溫保水能力,可以有效降低甲醇滲透系數(shù)高達(dá)一個數(shù)量級,同時提高相對選擇性2—5倍,對鈦酸鈉納米管/Nafion(R)新型復(fù)合膜的作用機(jī)理

4、進(jìn)行了探討和分析。
　　 通過熱壓法制備了5wt.％鈦酸鈉納米管含量的膜電極,測試和分析了復(fù)合膜的單電池放電性能。實驗結(jié)果表明新復(fù)合膜的單電池性能要優(yōu)于純Nafion膜,同時考察了電池溫度、陰極加濕溫度、甲醇濃度、甲醇流速和空氣流速5個操作參數(shù)對燃料電池性能的影響。電池陰極交流阻抗圖譜結(jié)果表明Na2Ti3O7/Nafion(R)復(fù)合膜的阻抗明顯低于Nafion(R)膜,成功降低了膜中的甲醇穿透,這主要是因為降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻,同