自呼吸式微型直接甲醇燃料电池非绝热模型

摘要

和其他类型微能源不同，微型直接甲醇燃料电池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)具有燃料源充足且花费小、燃料本身方便保存与随身携带、并且不存在安全隐患、构造简单且不需要原料重整和净化、以及运行条件易于实现等诸多优势，更适用于未来便携式电子产品和微型武器系统的应用，正日益受到人们的密切关注，是国际上研究的热门范畴。
　　本文的主要工作内容如下:
　　1、详细介绍了μDMFC,包括μDMFC的组成结构，各个结构详解，工作原理，工作过程中发生的电化学反应；以及多孔介质中两相流传输理论，包含液体的饱和度、相对渗透率、接触角、毛细压强的作用力；电池本身的特点和极化的存在及影响电池性能的关键点。为下文的三维两相模型仿真提供理论依据。
　　2、从理论上详细分析了气液物质传输和发生反应的方程式、PEM中的甲醇和水渗透作用、电子和质子传输方法。
　　3、提出自呼吸式μDMFC的一种新结构。建立三维两相模型并分析结果，包括各物质分布情况以及浓度分布对电池性能的影响；压强和流速分布及对电池性能的影响；饱和度分布情况及对电池的影响；电势和电流密度分布情况及对电池性能的影响；温度分布及对电池性能的影响；其他参数对电池性能的影响，从而得到较好的结构参数。
　　4、结果表明：阳极传质与电池的性能关系最大，其次是阴极氧气传输；甲醇传输主要依靠扩散，所以物质运动流速及压强对电池性能关系较弱；甲醇的渗透会在阴极发生反应产生混合过电位，电池的性能会因此而降低；甲醇传输至阴极主要是扩散引起的，电流密度较高的时候，渗透量会变小，如果甲醇浓度变大的话，则渗透效果也会更剧烈；阳极的气压变化梯度要大于阴极的，因为阳极主要是液相物质，阴极主要是气相物质，气相物质流动性好，阴极的压强变化小；随着反应的进行，阴极会出现“水淹”现象；电子电流主要是和电流收集器结构有关，质子电流主要是随着甲醇浓度分布变化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 微型直接甲醇燃料电池概述

1.3研究目的和意义

1.4本论文的主要研究内容

第二章 自呼吸式直接甲醇燃料电池工作原理

2.1 引言

2.2 自呼吸式直接甲醇燃料电池的结构

2.3 自呼吸式直接甲醇燃料电池的原理

2.4 本章小结

第三章 自呼吸式直接甲醇燃料电池模型建立

3.1 引言

3.2 模型的计算区域和基础假设

3.3 模型建立

3.4 模型求解

3.5 本章小结

第四章 模型结果分析

4.1 引言

4.2 结果分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

附录