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电源技术 2023年第1期47卷 67-70页

作者：梁穆熙李添张旭焱吴超群武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

设计并制作了一种具有疏水性的亚毫米级线性单向微槽结构的直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极流场板,测试了该微槽结构的疏水性,并研究了微槽结构对电池性能的影响。实验测试结果表明:在甲醇浓度为8 mol/L的条件下,电池的极限电流密度值和极... 详细信息

设计并制作了一种具有疏水性的亚毫米级线性单向微槽结构的直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极流场板,测试了该微槽结构的疏水性,并研究了微槽结构对电池性能的影响。实验测试结果表明:在甲醇浓度为8 mol/L的条件下,电池的极限电流密度值和极限功率密度值分别提高了6.894%和14.747%。通过对比实验得到了微槽结构的最佳结构参数,当微槽结构的切槽宽度为400μm,切槽深度为600μm时,电池性能最佳。

关键词：直接甲醇燃料电池微槽流场板疏水性电池性能

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疏水微槽阴极流场板对DMFC的性能影响研究

疏水微槽阴极流场板对DMFC的性能影响研究

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作者：叶智武汉理工大学

学位级别：硕士

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)具有理论能量密度高、启动温度低、环境友好等优点,是便携式电子产品中最具潜力的新型电池之一。但是甲醇渗透、阴极水淹等问题制约了DMFC的应用和推广。本文重点针对超声雾化供给DMF... 详细信息

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)具有理论能量密度高、启动温度低、环境友好等优点,是便携式电子产品中最具潜力的新型电池之一。但是甲醇渗透、阴极水淹等问题制约了DMFC的应用和推广。本文重点针对超声雾化供给DMFC在长时间放电条件下和高放电电流密度条件下阴极的水淹现象展开研究,在阴极流场板的表面引入疏水性微槽结构并通过实验研究了微槽结构对于电池性能以及水管理的作用机理,主要研究内容如下:(1)基于经典润湿性模型在不锈钢316 L材料的表面设计出了一种具有疏水性的微槽结构,采用快走丝电火花线切割的加工方式在流场板的表面实现了对该结构的加工,并通过实验评价了其疏水性。使用体视显微镜和接触角测量仪分别测量了不同加工参数下微槽结构的表面加工质量以及接触角的大小,实验结果证实通过快走丝电火花线切割加工出来的微槽结构加工效果较为理想,能够在不锈钢316 L流场板表面实现疏水性。(2)针对水在流场板表面的流动通道形态展开研究,搭建了水流动状态可视化测试平台,通过可视化的研究方法对比研究了水在传统穿孔流场板和微槽流场板上流动通道形态的差异,深入研究了操作条件对微槽流场板水流动通道形态的影响。实验结果表明,与传统穿孔流场板相比,微槽流场板具有更强的保留水的能力,通过引流端板供给的水会沿着微槽结构均匀地向流场板两侧延伸而不是在流场板的开孔处聚集。增加切槽宽度、切槽深度或者在流场板中添加吸水棉均可以进一步提高流场板保留水的能力。当电池的阴极装配微槽流场板时,其恒电流放电过程更加稳定,阴极水淹现象明显得到缓解。(3)搭建了电池性能测试平台,通过实验研究了微槽流场板以及微槽加工参数对电池开路特性和极化放电特性的影响。实验结果表明,在较高浓度甲醇供给条件下,电池阴极装配微槽流场板有利于提高电池的极化放电性能,当甲醇浓度为8 M时,电池的极限电流密度值和极限功率密度值分别提高了6.894%和14.747%;微槽流场板的切槽宽度主要通过影响流场板与阴极扩散层的接触面积、流场板表面疏水程度来影响电池的开路特性和极化放电特性。微槽流场板的切槽深度主要通过影响流场板保留水的能力来影响电池的极化放电特性,最佳电池性能在甲醇浓度为8 M、微槽流场板切槽宽度400μm、切槽深度600μm时获得,此时的极限电流密度和极限功率密度分别为83.368 m A/cm和9.478 m W/cm。

关键词：直接甲醇燃料电池微槽流场板疏水性超声雾化电池性能

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