被動式直接甲醇燃料電池數(shù)學模型研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)具有工作時間長，工作溫度較低，甲醇來源豐富且存儲方便，易于微型化和集成，以及產物對環(huán)境污染小等優(yōu)點，是最有希望替代便攜式電子設備中使用的傳統(tǒng)電源的新型電源之一。借助數(shù)值模擬研究，從理論上分析燃料電池內部的傳質和電化學反應過程，進而為優(yōu)化電池結構和篩選操作條件提供科學的理論指導，可以有效減小電池的設計成本和周期。因此，對直接甲醇燃料電池(DM

2、FC)內的兩相流動、傳質及電化學反應過程的數(shù)值模擬研究，具有重要的意義。
　　本文利用多孔介質中的兩相流理論，建立了被動式DMFC的一維和二維兩相數(shù)學模型，利用實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的正確性，分析了多孔介質中的兩相物質傳輸、電子和質子傳輸、電化學過程，以及質子交換膜中的甲醇滲透和水滲透現(xiàn)象，結果表明：陽極甲醇傳質是影響電池性能的一個主要因素，陰極氧氣傳質是次要因素；滲透到陰極的甲醇在陰極催化層內產生了一個負的過電位，降低了電池性能；甲

3、醇滲透中擴散起主導作用，擴散滲透分量隨著電流密度的增加而減小，電滲分量受陽極催化層和質子交換膜界面處的甲醇濃度和電流密度共同影響；甲醇濃度增加時，甲醇滲透現(xiàn)象加劇，導致電池燃料利用率和能量效率降低；工作溫度升高時，燃料利用率逐漸下降，而能量效率在小電流密度條件下降低，在大電流密度條件下提高；電流收集層下容易出現(xiàn)二氧化碳氣體或水的聚集，加劇電流收集層下甲醇溶液的匱乏，或者“水淹”現(xiàn)象的出現(xiàn)；陰極液體壓強高于陽極液體壓強，促使液體從陰極流向