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微射流微流体燃料电池内流动传输数值模拟

工程热物理学报 2020年第9期41卷 2213-2219页

作者：巩孝莲张彪朱恂叶丁丁陈蓉重庆大学低品位能源利用及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆大学能源与动力工程学院重庆400030

微流体燃料电池作为一种新型微型电源受到广泛关注,而阳极侧燃料传质限制是制约其性能提高的关键因素。本文对利用微射流强化燃料传质的空气自呼吸微流体燃料电池建立三维数学模型,研究了微射流几何结构参数对燃料传输及电池性能的影响... 详细信息

微流体燃料电池作为一种新型微型电源受到广泛关注,而阳极侧燃料传质限制是制约其性能提高的关键因素。本文对利用微射流强化燃料传质的空气自呼吸微流体燃料电池建立三维数学模型,研究了微射流几何结构参数对燃料传输及电池性能的影响规律。模拟结果表明:射流孔位于中下游位置时强化燃料传输效果较好;随射流孔数量增加,微射流作用区域逐渐增大,但射流平均速度逐渐降低,使得燃料传输和电池性能先强化后下降;射流孔直径增大导致射流平均速度减小,电池性能降低。

关键词：微流体燃料电池微射流燃料传质数值模拟

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三维顺排阳极自呼吸微流体燃料电池性能特性

工程热物理学报 2014年第6期35卷 1153-1156页

作者：张彪叶丁丁朱恂李俊廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆大学工程热物理研究所重庆400030

自呼吸微流体燃料电池是很有前景的新型微型电源,目前其性能的主要限制因素是阳极燃料传质。本文构建了具有三维顺排阳极的自呼吸微流体燃料电池,利用圆柱形阳极在流道中容积式的分布增大反应面积,强化燃料传输。本文研究了燃料浓度和... 详细信息

自呼吸微流体燃料电池是很有前景的新型微型电源,目前其性能的主要限制因素是阳极燃料传质。本文构建了具有三维顺排阳极的自呼吸微流体燃料电池,利用圆柱形阳极在流道中容积式的分布增大反应面积,强化燃料传输。本文研究了燃料浓度和反应物流量对电池性能的影响,并对流道中的两相流动进行了可视化观察。实验结果表明:随燃料浓度或反应物流量的增加,电池性能先升高后降低;产生的CO_2气泡能够被限制在阳极电极和隔离棒中,减小了其对阴极侧电解液流动的扰动;气泡会在隔离棒之间聚并形成气膜,气膜周期性形成和排出的动态行为对电池的放电性能具有较大影响。

关键词：微流体燃料电池无膜燃料电池自呼吸阴极顺排阳极传质

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钒微流体燃料电池性能的数值模拟

化工学报 2011年第12期62卷 3478-3483页

作者：高明峰左春柽张舟吉林大学机械科学与工程学院吉林长春130025

对一种新型钒微流体燃料电池进行了理论分析并建立了三维数值模型。该模型包含了层流、物质传输与电化学反应等电池内部的物理和化学过程。计算得到的极化曲线与实验数据吻合较好,说明模型是可靠的。通过多场耦合求解,数值模拟了体积流... 详细信息

对一种新型钒微流体燃料电池进行了理论分析并建立了三维数值模型。该模型包含了层流、物质传输与电化学反应等电池内部的物理和化学过程。计算得到的极化曲线与实验数据吻合较好,说明模型是可靠的。通过多场耦合求解,数值模拟了体积流速、燃料纯度等对电池性能的影响。研究结果表明:增大体积流速可以提高电池的功率,但燃料利用率会大幅降低;燃料纯度对燃料电池的电压有较大影响;燃料利用率低是制约微流体燃料电池发展的主要因素之一。通过改进原有Y形流道设计,设计了一种双Y形流道微流体电池,仿真结果显示其可以较大地改善燃料的利用率。

关键词：微流体燃料电池数值模型层流燃料利用率钒

直接甲酸钠/铁氰化钾微流体燃料电池性能研究

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化学学报 2022年第9期80卷 1256-1263页

作者：刘春梅高燕均陈鹏亮河南科技大学热能工程系洛阳471003

微流体燃料电池(MFC)利用两股流体在微通道内呈平行层流的特性,无需传统燃料电池中的质子交换膜,自动将燃料与氧化剂隔开.本工作构建了阴阳极均为碱性介质且阴极无催化剂即可反应的直接甲酸钠/铁氰化钾MFC,考察了反应物流速、氧化剂浓... 详细信息

微流体燃料电池(MFC)利用两股流体在微通道内呈平行层流的特性,无需传统燃料电池中的质子交换膜,自动将燃料与氧化剂隔开.本工作构建了阴阳极均为碱性介质且阴极无催化剂即可反应的直接甲酸钠/铁氰化钾MFC,考察了反应物流速、氧化剂浓度、燃料浓度对该电池产电性能的影响.实验结果表明,在反应物流速为200μL·min^(−1),铁氰化钾氧化剂浓度为1 mol·L^(−1),甲酸钠燃料浓度为1.5 mol·L^(−1)时,该微流体燃料电池性能达到最优,其最高功率密度为123.93 mW·cm^(−2),极限电流密度为220.93 mA·cm^(−2).为了获得该电池的稳定运行性能,对电池进行了恒电压放电实验.结果表明,该电池在2.25 h内可以持续较稳定地放电.此外,对该电池在开路状态下进行了电化学阻抗谱测试,获得该电池内阻为18.4Ω.

关键词：微流体燃料电池甲酸钠铁氰化钾液态氧化剂碱性介质性能研究

微流体燃料电池组多物理场耦合模型开发及性能研究

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微流体燃料电池组多物理场耦合模型开发及性能研究

作者：支沛瑶天津大学

学位级别：硕士

微流体燃料电池（Microfluidic fuel cell,MFC）是一种前景良好的微型电源,具有体积小、结构便携、可持续运行、无污染等优点,常用于为便携式电子设备供电,如血糖仪检查。迄今为止,制约MFC商业化的主要原因仍然是较低的输出功率和电压... 详细信息

微流体燃料电池（Microfluidic fuel cell,MFC）是一种前景良好的微型电源,具有体积小、结构便携、可持续运行、无污染等优点,常用于为便携式电子设备供电,如血糖仪检查。迄今为止,制约MFC商业化的主要原因仍然是较低的输出功率和电压。为了满足实际应用中用电设备的要求,本文提出了可进一步组装成电池组的MFC的单元结构,建立了多物理场耦合模型,对电池模块及其组成的电池组进行了数值求解。研究结果有助于深入理解MFC对流-扩散-反应过程的基本机理,为实际应用提供重要的理论指导。本研究提出了H型自呼吸式双电池结构设计,建立了H型双电池传质、扩散、电化学反应耦合模型,通过实验对比模型得到了有效验证,研究了电极形态和数目对单电池的影响,总结了单双电池MFC的运行规律,阐明了不对称电极在MFC中的优势,实现最大功率密度7.72 m W/cm,有效提高了单电池MFC的性能。通过合并相邻入口有效组装电池组,建立电池组并联、串联模型,研究对比了电池组的输出性能和燃料效率,阐明了电池组的搭建和运行机理。本研究提出了顺逆流模块化单电池MFC结构设计,设计了两种尺寸相同但电解液交错方式不同的电池单元结构,根据电解液流动方向和阴阳极电极放置的位置最终形成了四种基本的单电池单元,建立了Flow-over型电极结构的模型,耦合物质的传递和扩散以及电化学反应进行计算,研究了四种单电池模块在不同运行情况下的工作规律,总结了电池实际投入使用的建议和意见,进一步探讨了相应的电池组结构,根据电池组成电池组的数目不同,以组成双电池组和三电池组为例,结合燃料效率研究了单电池及电池组模块在不同反应条件下的输出电流密度和电池组内部单电池之间的反应物分配。阐明了模块化电池组装方式灵活、使用者操作自由度高的规律,并根据模型计算所得的结果提出了电池组装的基本规律,这些讨论都为今后MFC电池组的设计、组装和使用提供了参考。

关键词：微流体燃料电池电池特性呼吸式阴极 H型电池模块化电池

具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能特性

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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工程热物理学报 2012年第3期33卷 493-496页

作者：叶丁丁张彪杨扬周劲李俊朱恂廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆大学工程热物理研究所重庆400030

微流体燃料电池去除了质子交换膜,避免了膜退化、水管理等问题,是微型燃料电池领域新的研究热点。本文构建了具有可渗透阳极和空气自呼吸阴极的微流体燃料电池,采用甲酸溶液作为燃料对其性能特性进行了实验研究。结果表明:具有可渗透阳... 详细信息

微流体燃料电池去除了质子交换膜,避免了膜退化、水管理等问题,是微型燃料电池领域新的研究热点。本文构建了具有可渗透阳极和空气自呼吸阴极的微流体燃料电池,采用甲酸溶液作为燃料对其性能特性进行了实验研究。结果表明:具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能随燃料浓度或流量的增加先升高后下降,随电解液浓度的增加而升高;阳极侧反应产生的CO_2气泡对自呼吸微流体燃料电池的性能和燃料利用率的影响较大,适当提高燃料流量有利于气泡的排除。

关键词：微流体燃料电池自呼吸可渗透阳极传质

微流体燃料电池微通道内的单相流传递特性及性能

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内燃机与动力装置 2022年第6期39卷 37-42,47页

作者：李汶壕刘文俊刘姝靓广西大学机械工程学院广西南宁530004

为提升具有平面阳极的空气自呼吸微流体燃料电池的性能和研究微通道内单相流的传递特性,基于COMSOL Multiphysics软件对微流体燃料电池进行流体动力学分析,建立单相流动的微流体燃料电池的二维模型,仿真分析不同反应物体积流量、燃料浓... 详细信息

为提升具有平面阳极的空气自呼吸微流体燃料电池的性能和研究微通道内单相流的传递特性,基于COMSOL Multiphysics软件对微流体燃料电池进行流体动力学分析,建立单相流动的微流体燃料电池的二维模型,仿真分析不同反应物体积流量、燃料浓度下电池的输出性能和燃料效率。结果表明:提高反应物流量和浓度可有效提高功率密度和电流密度,但燃料利用率和[火用]效率呈下降趋势;电池实际应用时应兼顾功率输出和燃料利用率。该研究可为微流体燃料电池的反应物流动传递优化和多角度性能提升提供参考。

关键词：平面阳极微流体燃料电池单相流燃料利用率 [火用]效率功率密度

维普期刊数据库博看期刊

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双电解质铝空气微流体燃料电池

电源技术 2020年第4期44卷 565-569页

作者：彭陈阳王雷刘富德谢天锋广东工业大学材料与能源学院广东广州510000 广州道动新能源有限公司广东广州510670

以甲醇为溶剂制备氢氧化钾/甲醇溶液作铝阳极电解液、以水为溶剂制备氢氧化钾溶液为空气阴极电解液,制得一种双电解质铝空气微流体燃料电池。1 000μL/min下,阳极电解液含水量20%时电池短路电流密度为270 mA/cm^2,最大功率密度90 mW/cm... 详细信息

以甲醇为溶剂制备氢氧化钾/甲醇溶液作铝阳极电解液、以水为溶剂制备氢氧化钾溶液为空气阴极电解液,制得一种双电解质铝空气微流体燃料电池。1 000μL/min下,阳极电解液含水量20%时电池短路电流密度为270 mA/cm^2,最大功率密度90 mW/cm^2,铝自腐蚀率仅为在氢氧化钾水溶液中的10.5%。总的来说,含氢氧化钾/甲醇溶液的双电解质铝空气微流体燃料电池应用到小型电子设备中是具有吸引力的。

关键词：铝空气电池双电解质微流体燃料电池铝自腐蚀

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直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池性能研究

河南科技大学学报（自然科学版） 2023年第2期44卷 25-31,40页

作者：刘春梅孙灿兴高燕均姜朋飞刘靖洁河南科技大学车辆与交通工程学院河南洛阳471003

为获得一种高性能且低成本的新型水系铝电池,本文提出并构建了一种直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池。研究了阳极电解液浓度、阴阳极电解液总流速及其流速比、氧化剂浓度对该微流体燃料电池产电性能的影响。结果表明:当阳极电解液浓度为2.... 详细信息

为获得一种高性能且低成本的新型水系铝电池,本文提出并构建了一种直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池。研究了阳极电解液浓度、阴阳极电解液总流速及其流速比、氧化剂浓度对该微流体燃料电池产电性能的影响。结果表明:当阳极电解液浓度为2.00 mol/L,阴阳极电解液总流速为200μL/min,阴阳极电解液流速比为1∶1,过硫酸钠氧化剂浓度为1.5 mol/L时,该直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池的产电性能达到最佳,其开路电压为2.56 V,功率密度和电流密度的最大值分别为275 mW/cm^(2)和216 mA/cm^(2),铝阳极的最大比容量密度达到2760 mAh/g。

关键词：微流体燃料电池铝阳极过硫酸钠氧化剂性能研究