自呼吸式微型燃料电池阳极流场的优化设计与研究.pdf

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1、第11期化学世界·641·自呼吸式微型燃料电池阳极流场的优化设计与研究郑丹，郭章飞，李晨忱?，马国仙。董瑾。郭强(1．上海应用技术学院化学与环境工程学院，上海200233；2．中国石油辽阳石化分公司炼油厂，辽宁辽阳111003)摘要：设计了点状、蛇形和点蛇混合三种微型质子交换膜燃料电池(~PEMFC)阳极流场，模拟计算表明三种结构中点蛇混合结构更能有效协调燃料利用率与接触电阻之间的矛盾。利用微电子机械技术(MEMS)制备了两种点蛇混合阳极结构，组成自呼吸式电池。实验研究发现，当点蛇混合结构的集流条由2增加到4时，流道总长度增大约一倍，氢气在流道内的流速明显增加

2、，电池的极限电流密度和峰值功率密度分别提高18．56％和15．26，在100~500mA恒电流放电下，可节省燃料平均达6．18％。关键词：阳极流场；微型质子交换膜燃料电池；结构设计；燃料利用率；MEMS技术中图分类号：TQ127．2文献标志码：A文章编号：0367—6358(2010)11-0641—05OptimumDesignandStudyontheAnodeFlowFieldforAir——BreathingMicroFuelCellsZHENGDan1。GUOZhang—fei，LIChen-chen，MAGuo—xian，DONGJin，GUOQi

3、ang(1．SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering，ShanghaiInstituteofTechnology'Shanghai200233’China；2．PetroChinaLiaoyangPetrochemicalCompany，Refinery，LiaoningLiaoyang111003，China)Abstract：Threetypesofanodestructures，pin-type，serpentine-typeandpin-serpentinemixedtype，ofair-breathing

4、microH2／airprotonexchangemembranefuelcell(~PEMFC)weredesigned．Simulationresultsindicatethattheuseofthemixedtypefieldplatecanconciliatetheconflictbetweenfuelutilizationpercentandcontactresistanceefficiently．Twotypesofmixedtypeanodefieldplatewerefabricatedusingsiliconmicr0一e1ectromech

5、anicalsystem(MEMS)technologyandwereassembledwithcathodestoformcells．Whenthecurrentcollectingribofmixedtypeanodeincreasedfrom2to4，itdoubledthetotallengthofanodeflowfield；H2flowratewasmarkedlyincreased；thelimitingcurrentdensityandthepeakpowerdensitvwereincreasedby18．569，6and15．269，5；i

6、tsavedfuelbyaverage6．18atdischargingcurrentof1OO～500mA．Keywords：anodestructure；microprotonexchangemembranefuelcel1)designofflowfield；fuelutilizationpercent；MEMStechnology目前以氢气为燃料的微型质子交换膜燃料电池等。为解决这些问题，以往的研究工作主要集中在(~PEMFC)的商业化仍然面临着许多技术上的难改进现有的膜电极性能或寻找替代膜。，改进和优题，包括：较低的阳极氧化活性，较严重的阴极水淹化阴

7、、阳极催化剂结构，提高催化活性；研究阴极收稿日期：2010—07—24)修阐日期：2010—09—27基金项目：国家自然科学基金(60936003)、上海应用技术学院基金项目(KJ2009一O8)资助。作者简介：郑丹(1966～)，女，博士，教授，研究方向：微型燃料电池及其关键材料，E-mailtzhengdant~tit·edu·cn化学世界2010年结构对电池性能的影响和电池稳定性{L7剖，相对而池极板，整个电池的有效面积为1．2cmX1．2cm。言，微型阳极流场结构对／~PEMFC影响的系统研究1．2膜电极的制备与电池的封装测试却较少。将Nation11

8、2质子交换膜先后经过去离子水在／~PE