高浓度供给微型直接甲醇燃料电池堆的设计

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1、硕士学位论文高浓度供给微型直接甲醇燃料电池堆的设计DESIGHOFMICRODIRECTMETHANOLFUELCELLSTACKWITHCONCENTRATEDMETHANOLSOLUTION郭超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM911.4学校代码：10213国际图书分类号：620.9密级：公开工学硕士学位论文高浓度供给微型直接甲醇燃料电池堆的设计硕士研究生：郭超导师：张宇峰教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：微电子学与固体电子学所在单位：微电子科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM911.4U.D.C

2、:620.9DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGHOFMICRODIRECTMETHANOLFUELCELLSTACKWITHCONCENTRATEDMETHANOLSOLUTIONCandidate:GuoChaoSupervisor:Prof.ZhangYufengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：Dept.ofMicroelectronic

3、sScienceandTechnologyDateofDefense:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微型直接甲醇燃料电池具有相当高的燃料能量密度，结构简单和放电时间长等特点，正式由于这些优势，µDMFC成为当今世界燃料电池研究的首选，也成为新能源时代最具竞争力的电源系统之一。-1甲醇的能量密度为4800Wh·L，所以单位体积的甲醇溶液理论上可以供给用电器运行很长时间，但是由于过高浓度的甲醇溶液会产生很强的渗透作用，导致电池的性能下降，所以现在很多电

4、池都只能使用较低浓度的甲醇溶液工作。这样一方面无法充分体现出甲醇燃料的优势，同时又会对燃料的使用产生很大的浪费。因此，对直接甲醇燃料电池进行高浓度供液的研究是十分必要的，而且对于推动燃料电池商业化发展具有重要的意义。本文首先利用理论模型对高浓度供液直接甲醇燃料电池的传质进行研究，并在理论模型的指导下，对高浓度供液结构中添加的阳极传质阻挡层材料进行选择和处理。然后对高浓度供液直接甲醇燃料电池单体和电池堆结构进行设计和加工，并最终封装完成实物进行性能测试，结果表明：选择不锈钢烧结毡作为阳极传质阻挡层材料可以对高浓度甲醇给予很好的传质阻力，同时不会破坏电子在整个结构中的传导效率。在对不锈

5、钢烧结毡进行一定的预处理之后，将其组装到电池单体当中进行测试。结果显示，在使用7mol甲醇溶液供液时，获得最佳的输出性能，该浓度是普通结构电池使用浓度的2.33倍。然后，将不锈钢烧结毡应用与电池堆进行测试，电池堆输出最佳性能所使用的甲醇溶液浓度为8mol，这主要是由于电池堆工作时相比于电池单体内部温度较高，是催化剂活性增强，氧化还原反应更加剧烈，所以使用的甲醇溶液浓度略有提高。此外，我们还对高浓度供液直接甲醇燃料电池堆进行了动态性能测试以及长时间放电测试，测试结果表明，新结构的电池堆动态性能和输出稳定性良好，能量密度得到很大的提高，达到了理想的实验目的。关键词：µDMFC；高浓度；

6、传质阻挡层；电池堆-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMicrodirectmethanolfuelcellhasmanycharacteristics,suchasarelativelyhighenergydensityfuel,simplestructureandlongdischargetime.Becauseoftheseadvantages,μDMFCbecomethepreferredfuelcellresearchintheworldtoday,whileithasbecomeoneofthemostcompetitivesupplysystemint

7、henewenergyera.-1Energydensityofmethanolis4800Wh•L,sotheoreticallyunitvolumemethanolsolutioncouldbesuppliedwithelectricaloperationforalongtime.However,thehighconcentrationofthemethanolsolutionwillhaveastrongcrossover,causingperformanced