微型直接甲醇燃料电池结构设计与制作技术研究

摘要

近几年来，随着人均能源消耗量的持续增大以及MEMS技术的飞速发展，微型直接甲醇燃料电池（Micro Direct Methanol Fuel Cell，μDMFC）由于其广泛的应用前景而成为研究的热点。
　　目前μDMFC还存在阳极反应气体排出、传质效率低等问题，导致其输出特性受到影响。本文提出了μDMFC的阳极传质模型，对μDMFC单体的结构参数与传质特性进行了系统的研究；并且基于理论研究结果研制了基于两种材料的μDMFC单体，最后设计并制作了具有10节单体的自呼吸式μDMFC电池组。
　　本文建立了微型DMFC的阳极传质模型，模型结果表明：阳极流场结构对电池的性能产生一定的影响，同时也影响了阳极反应生成物CO2的排出。设计并制作了硅基μDMFC，基于MEMS工艺制备了不同阳极结构和流道参数的硅极板，经测试最大功率密度达到13.2 mW/cm2，与仿真结果基本吻合。同时利用微冲压成形技术与蒸镀技术成功制备了不锈钢材料μDMFC极板，采用多种测试方法对电池性能进行评价，最高功率密度为26.95mW/cm2。基于金属μDMFC单体的研究成果，提出并设计了一种结构新颖的空气自呼吸式金属基μDMFC电池组，成功驱动了微型电动机。

目录

微型直接甲醇燃料电池结构设计与制作技术研究

CONFIGURATION DESIGN AND FABRICATION ANALYSIS OF MICRO DIRECT METHANOL FUEL CELL

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 本论文主要研究内容

第2章 微型直接甲醇燃料电池的基本理论

2.1 引言

2.2 直接甲醇燃料电池的结构与工作原理

2.3 燃料电池的电化学反应机理

2.4 燃料电池阳极模型的建立

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第3章 空气自呼吸μDMFC阳极结构的研究

3.1 引言

3.2 硅基μDMFC单池的制备与封装

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 金属基μDMFC的设计制作与运行参数研究

4.1 引言

4.2 金属基μDMFC单电池的设计制作

4.3 金属基μDMFC单电池的运行参数研究

4.4 金属基μDMFC电池堆的设计、制作与测试

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢