百瓦级DMFC阳极流场的设计与仿真文献综述

 2021-11-01 09:11

毕业论文课题相关文献综述

1、课题背景

直接甲醇燃料电池(DMFC)是极有应用前景的辅助和备用电源[1,2],同时在作为便携式电子设备电源方面也备受关注[1,3]。这是因为 D M F C的理论能效 /能量密度高,对环境的影响小及甲醇作为 燃料现有的基础设施易于支持.该燃料电 池通过向阳极提供甲醇,向阴极提供氧气来发电。 阳极,阴极和总反应如方程式所示。(1)-(3).

阳极反应:2CH3OH 2H2O→2CO2 12H 12e- (1)

阴极反应:12H 12e- 3O2→6H2O (2)

总反应:2CH3OH 3O2→4H2O 2CO2 (3)

从上述方程可以看出,阳极和阴极反应的副产物分别为二氧化碳和水。当甲醇穿过阴极时,氧气很容易就和穿过来的甲醇发生反应,从而在阴极产生额外的副产物。式(3)。这些副产物在多孔层和通道内引发两相流态(特别是在高电流密度下),这会阻碍反应物向相应的催化剂层传递物质。通常,通过设计MEA组件,阳极和阴极催化剂层,微孔层,膜,以及阳极和阴极流场可以解决此类问题。

流场在这些组件中扮演着重要的角色,它必须确保:反应物在各自电极上的充足供应和覆盖;充分去除从MEA到燃料电池的分散相中的产物和物质;确保MEA充分压缩,接触和密封,同时对电池进行适当热管理[4,5]。在两相体系中,需要注意快速去除第二相,同时又不会阻碍反应物的流动。

2、研究历史和现状

关于流场结构的研究一直是 DMFC 研究的热点 之一。Amphlett[6]等研究了平行流场深度对 DMFC 性能的影 响;Yang 等[7]研究了蛇形流场的深度对电池性能的影响;Arico 等[8]对比研究了蛇形和交指状流场。阳极流场还会影响电 池阳极到阴极的水迁移,进而影响阴极排水负担。

2.1传统流场研究

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