本文主要研究内容
作者薛瑞（2019）在《微型直接甲醇燃料电池高浓度传质阻挡层技术研究》一文中研究指出：随着微电源的快速发展和市场需求的不断增加,基于微机电系统（microelectro mechanical system,MEMS）技术的微型直接甲醇燃料电池（micro direct methanol fuel cell,μDMFC）,依靠其广阔的应用前景而成为研究热点。与其他类型的燃料电池相比,DMFC具有能量密度高、燃料来源丰富、成本低、易于储存和携带、安全性高等特点。被动式微型直接甲醇燃料电池,随着甲醇溶液使用浓度的提高,电池的能量利用率是随之上升的。但是高浓度通常伴有甲醇渗透等问题,一般使用稀释的甲醇溶液（<10 wt%）作为燃料,尽量减少甲醇通过质子交换膜的渗透通量。使用稀释的甲醇溶液时,燃料电池的比能量密度明显降低,因此寻找一种适合被动式微型直接甲醇燃料电池在高浓度情况下的改进方案是十分必要的。本文完成了高浓度条件下被动式微型直接甲醇燃料电池阳极甲醇传质阻挡层的理论分析与实验验证,基于电池内部组分传输机制和电化学反应机理提出建立了添加阳极甲醇传质阻挡层的DMFC全电池模型,将集流板、扩散层以及传质阻挡层作为一个整体,并与常规结构电池模型在高浓度下进行仿真对比。此模型综合考虑电池内部的物质传输、电子和质子传输、热量传输以及电化学反应动力学,可以准确分析添加传质阻挡层之后的电池性能变化以及甲醇渗透、CO2气体分布等影响性能的关键因素,并可以对电池组成结构进行优化。仿真结果表明阳极高浓度10.0 M甲醇在经过传质阻挡层缓冲之后浓度下降明显,到达催化层时为可正常工作且甲醇渗透影响小的2.0 M低浓度,高浓度下甲醇渗透造成的阴极过电位对电池性能的影响较常规结构电池模型小得多,通过对传质阻挡层的建模仿真得到不同孔隙率阻挡层对DMFC各种性能指标的影响,为后续实验提供理论依据。通过实验制备了不锈钢烧结毡作为阳极集流板-扩散层的阳极复合结构,优化电池结构的同时降低了甲醇渗透,电池极化数据表明此阳极复合结构显著提高了高甲醇浓度下电池的性能。使用SSFF（stainless steel fiber felt,SSFF）作为阳极扩散层和流场板,替代了在常规结构的膜电极组装中不可缺少的碳纸基阳极扩散层,简化了被动式DMFC燃料电池单元的结构。并且不锈钢毡的细密孔隙可以使阳极二氧化碳方便排气,防止气体堵塞气孔引起的反应物不足而造成性能损失。此复合结构优化了电池组成的同时为后续传质阻挡层的制备做了的铺垫。针对不同应用情况制定了不同的传质阻挡层制备方案。传质阻挡层的设计具有特殊的甲醇传质缓冲通道,可以提高催化层表面的氧气浓度、压强,从而有效改善电池性能和甲醇渗透现象。利用石墨烯-不锈钢毡（reduced graphene oxide-stainless steel fiber felt,rGO-SSFF）复合结构传质阻挡层的电池在7.0 M浓度下达到最大功率密度20.8 mW cm-2,而常规结构电池在3.0 M时达到最大值20.4 mW cm-2,在保持了稳定工作输出的前提下,提高了阳极的甲醇使用浓度从而提高被动式DMFC的能量密度。并针对不同应用情况采用不同复合方法进行讨论,在此基础上引入电沉积rGO-SSFF复合结构。由rGO-SSFF电沉积组装的μDMFCF在传质阻挡层较薄的情况下使用。最后设计了一种高性能的具有阴极返水层的被动式μDMFC电池。分析了阴极返水结构、材料的厚度、孔隙率以及憎水性等参数对高浓度下被动式DMFC性能的影响,改进之后的电池水传输系数低于正常电池的1/3,这表明rGO-SSFF可以减少从阳极到阴极渗透的水通量,避免水淹现象。rGO-SSFF作为阴极扩散层和集流板的被动式DMFC单电池,可以提高阴极氧的传质效率,使阴极还原反应速度更快,其峰值功率密度比常规结构电池放电时间增加了20%。本文针对阴极水的传质同样做阻挡层的添加,在不影响阴极氧气传输的前提下,提高阴极一侧的水压,最终实现电池内部返水的效果,进一步增加高浓度下DMFC的使用浓度。
Abstract
sui zhao wei dian yuan de kuai su fa zhan he shi chang xu qiu de bu duan zeng jia ,ji yu wei ji dian ji tong （microelectro mechanical system,MEMS）ji shu de wei xing zhi jie jia chun ran liao dian chi （micro direct methanol fuel cell,μDMFC）,yi kao ji an kuo de ying yong qian jing er cheng wei yan jiu re dian 。yu ji ta lei xing de ran liao dian chi xiang bi ,DMFCju you neng liang mi du gao 、ran liao lai yuan feng fu 、cheng ben di 、yi yu chu cun he xie dai 、an quan xing gao deng te dian 。bei dong shi wei xing zhi jie jia chun ran liao dian chi ,sui zhao jia chun rong ye shi yong nong du de di gao ,dian chi de neng liang li yong lv shi sui zhi shang sheng de 。dan shi gao nong du tong chang ban you jia chun shen tou deng wen ti ,yi ban shi yong xi shi de jia chun rong ye （<10 wt%）zuo wei ran liao ,jin liang jian shao jia chun tong guo zhi zi jiao huan mo de shen tou tong liang 。shi yong xi shi de jia chun rong ye shi ,ran liao dian chi de bi neng liang mi du ming xian jiang di ,yin ci xun zhao yi chong kuo ge bei dong shi wei xing zhi jie jia chun ran liao dian chi zai gao nong du qing kuang xia de gai jin fang an shi shi fen bi yao de 。ben wen wan cheng le gao nong du tiao jian xia bei dong shi wei xing zhi jie jia chun ran liao dian chi yang ji jia chun chuan zhi zu dang ceng de li lun fen xi yu shi yan yan zheng ,ji yu dian chi nei bu zu fen chuan shu ji zhi he dian hua xue fan ying ji li di chu jian li le tian jia yang ji jia chun chuan zhi zu dang ceng de DMFCquan dian chi mo xing ,jiang ji liu ban 、kuo san ceng yi ji chuan zhi zu dang ceng zuo wei yi ge zheng ti ,bing yu chang gui jie gou dian chi mo xing zai gao nong du xia jin hang fang zhen dui bi 。ci mo xing zeng ge kao lv dian chi nei bu de wu zhi chuan shu 、dian zi he zhi zi chuan shu 、re liang chuan shu yi ji dian hua xue fan ying dong li xue ,ke yi zhun que fen xi tian jia chuan zhi zu dang ceng zhi hou de dian chi xing neng bian hua yi ji jia chun shen tou 、CO2qi ti fen bu deng ying xiang xing neng de guan jian yin su ,bing ke yi dui dian chi zu cheng jie gou jin hang you hua 。fang zhen jie guo biao ming yang ji gao nong du 10.0 Mjia chun zai jing guo chuan zhi zu dang ceng huan chong zhi hou nong du xia jiang ming xian ,dao da cui hua ceng shi wei ke zheng chang gong zuo ju jia chun shen tou ying xiang xiao de 2.0 Mdi nong du ,gao nong du xia jia chun shen tou zao cheng de yin ji guo dian wei dui dian chi xing neng de ying xiang jiao chang gui jie gou dian chi mo xing xiao de duo ,tong guo dui chuan zhi zu dang ceng de jian mo fang zhen de dao bu tong kong xi lv zu dang ceng dui DMFCge chong xing neng zhi biao de ying xiang ,wei hou xu shi yan di gong li lun yi ju 。tong guo shi yan zhi bei le bu xiu gang shao jie zhan zuo wei yang ji ji liu ban -kuo san ceng de yang ji fu ge jie gou ,you hua dian chi jie gou de tong shi jiang di le jia chun shen tou ,dian chi ji hua shu ju biao ming ci yang ji fu ge jie gou xian zhe di gao le gao jia chun nong du xia dian chi de xing neng 。shi yong SSFF（stainless steel fiber felt,SSFF）zuo wei yang ji kuo san ceng he liu chang ban ,ti dai le zai chang gui jie gou de mo dian ji zu zhuang zhong bu ke que shao de tan zhi ji yang ji kuo san ceng ,jian hua le bei dong shi DMFCran liao dian chi chan yuan de jie gou 。bing ju bu xiu gang zhan de xi mi kong xi ke yi shi yang ji er yang hua tan fang bian pai qi ,fang zhi qi ti du sai qi kong yin qi de fan ying wu bu zu er zao cheng xing neng sun shi 。ci fu ge jie gou you hua le dian chi zu cheng de tong shi wei hou xu chuan zhi zu dang ceng de zhi bei zuo le de pu dian 。zhen dui bu tong ying yong qing kuang zhi ding le bu tong de chuan zhi zu dang ceng zhi bei fang an 。chuan zhi zu dang ceng de she ji ju you te shu de jia chun chuan zhi huan chong tong dao ,ke yi di gao cui hua ceng biao mian de yang qi nong du 、ya jiang ,cong er you xiao gai shan dian chi xing neng he jia chun shen tou xian xiang 。li yong dan mo xi -bu xiu gang zhan （reduced graphene oxide-stainless steel fiber felt,rGO-SSFF）fu ge jie gou chuan zhi zu dang ceng de dian chi zai 7.0 Mnong du xia da dao zui da gong lv mi du 20.8 mW cm-2,er chang gui jie gou dian chi zai 3.0 Mshi da dao zui da zhi 20.4 mW cm-2,zai bao chi le wen ding gong zuo shu chu de qian di xia ,di gao le yang ji de jia chun shi yong nong du cong er di gao bei dong shi DMFCde neng liang mi du 。bing zhen dui bu tong ying yong qing kuang cai yong bu tong fu ge fang fa jin hang tao lun ,zai ci ji chu shang yin ru dian chen ji rGO-SSFFfu ge jie gou 。you rGO-SSFFdian chen ji zu zhuang de μDMFCFzai chuan zhi zu dang ceng jiao bao de qing kuang xia shi yong 。zui hou she ji le yi chong gao xing neng de ju you yin ji fan shui ceng de bei dong shi μDMFCdian chi 。fen xi le yin ji fan shui jie gou 、cai liao de hou du 、kong xi lv yi ji zeng shui xing deng can shu dui gao nong du xia bei dong shi DMFCxing neng de ying xiang ,gai jin zhi hou de dian chi shui chuan shu ji shu di yu zheng chang dian chi de 1/3,zhe biao ming rGO-SSFFke yi jian shao cong yang ji dao yin ji shen tou de shui tong liang ,bi mian shui yan xian xiang 。rGO-SSFFzuo wei yin ji kuo san ceng he ji liu ban de bei dong shi DMFCchan dian chi ,ke yi di gao yin ji yang de chuan zhi xiao lv ,shi yin ji hai yuan fan ying su du geng kuai ,ji feng zhi gong lv mi du bi chang gui jie gou dian chi fang dian shi jian zeng jia le 20%。ben wen zhen dui yin ji shui de chuan zhi tong yang zuo zu dang ceng de tian jia ,zai bu ying xiang yin ji yang qi chuan shu de qian di xia ,di gao yin ji yi ce de shui ya ,zui zhong shi xian dian chi nei bu fan shui de xiao guo ,jin yi bu zeng jia gao nong du xia DMFCde shi yong nong du 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的薛瑞，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于直接甲醇燃料电池论文,高浓度论文,甲醇渗透论文,阴极水淹论文,传质阻挡层论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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