非均衡流場微型直接甲醇燃料電池實驗研究.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，燃料儲運方便且成本低等優(yōu)勢備受青睞。流場板的結(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產(chǎn)物的順利排出。本論文通過比較非均衡流場結(jié)構(gòu)與常規(guī)均衡流場結(jié)構(gòu)對μDMFC的流場壓降特性、CO2氣泡排出情況及其輸出性能的影響，以期找到更優(yōu)的流場結(jié)構(gòu)。
　　 為了解決CO2氣泡易堵塞流道的問題，設(shè)計了入口寬度400μm

2、、深度757μm的非均衡流場和與之特征參數(shù)相等的均衡流場。設(shè)計制作了活性面積為14mm×14mm的半主動式透明μDMFC。采用課題組搭建的μDMFC測試系統(tǒng)，測試了電池性能和陽極流場進出口壓降，觀測了陽極流場中CO2氣泡運動情況。
　　 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)下兩種流場結(jié)構(gòu)對陽極流場進出口壓降以及CO2排出的影響。在20mA電流下，兩種電池流

3、場進出口壓降幅值和變化周期基本一致：當電流提高到60mA和100mA后，非均衡流場進出口壓降幅值和變化周期比均衡流場的小，在100mA時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，均衡流場中存在明顯的CO2氣泡堵塞流道現(xiàn)象，但在非均衡流場中氣泡排出比較順暢，且沒有出現(xiàn)全流場氣泡情況。采用非均衡流場板組裝的電池峰值功率比采用均衡流場板組裝的電池峰值功率提高了15％。
　　 為了進一步研究微型非均衡流場結(jié)構(gòu)對電池性

4、能的影響以及研究聚合物流場板的批量復制技術(shù)，采用熱壓工藝制作了流場入口寬度135μm、深度200μm的PMMA流場板。對這種高深度且密集型的微結(jié)構(gòu)，圖形復制和脫模是熱壓工藝的兩個難題。實驗結(jié)果表明提高熱壓溫度、壓力和基片厚度有利于圖形復制精度的提高；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板