管狀直接甲醇燃料電池結(jié)構優(yōu)化設計與膜電極性能研究
發(fā)布時間：2020-12-17 09:38
直接甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell,簡稱DMFC）在移動便攜領域具有廣闊的應用前景。由于傳統(tǒng)平板式DMFC體積較大,雙極板造價高昂,所以研究人員提出了管狀DMFC（Tubular DMFC,簡稱t-DMFC）的構想。本課題設計并制造了一款使用高濃度甲醇供給的被動式自呼吸t-DMFC,探究了電池結(jié)構和操作參數(shù)對電池性能的影響;自主制備了柔性膜電極（Membrane Electrode Assembly,簡稱MEA）并對MEA性能的影響因素進行了研究,制定出一套適用于t-DMFC的MEA制備工藝流程。本課題的具體研究內(nèi)容可歸納為:（1）t-DMFC的結(jié)構設計與柔性MEA的制備設計并制造了一款使用高濃度甲醇供給的被動式自呼吸t-DMFC,陽極采用多孔不銹鋼管作為燃料腔和集電管,陰極采用帶孔不銹鋼薄帶作為集流罩,MEA纏繞包裹在陽極集電管的外側(cè)。自主設計并搭建了MEA超聲噴涂系統(tǒng),分別通過氣體擴散電極（Gas Diffusion Electrode,簡稱GDE）方法和催化劑覆載膜（Catalyst Coated Membrane,簡稱CCM）方法制備以碳布作為...
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池與DMFC實際系統(tǒng)體積對比
圖 1-2 DMFC 在移動便攜領域的應用方式的不同，DMFC 可以分為主動式和被動式兩種依靠燃料泵來實現(xiàn)，陰極所需的空氣或氧氣也需要縮機、氣泵、風扇等）來完成，必要時還需要額外的般較為龐大，建設和維護成本較高，另外整個系統(tǒng)低。為此部分研究人員將工作目標轉(zhuǎn)向了被動式 D的甲醇和陰極的空氣分別以濃差擴散和自然對流的電池內(nèi)部可以自動進行，故其又名被動式自呼吸athing Direct Methanol Fuel Cell，簡稱 PAB-DMFC），組裝和操作方便，運行和維護成本較低，并且不減少，因此在理論上具有比主動式 DMFC 更高的效接甲醇燃料電池的基本結(jié)構和工作原理
圖 1-3 平板式 PAB-DMFC 基本結(jié)構和工作原理示意圖[9]（① 集電板；② 擴散層；③ 微孔層；④催化層；⑤質(zhì)子交換膜）半反應和總反應可由以下方程式表示：CH3OH + H2O → 6H++ 6e-+ CO23/2O2+ 6H++ 6e-→ 3H2O CH3OH + 3/2O2→ 2H2O + CO2DMFC 具有結(jié)構簡單、制作方便、單電池功率大等優(yōu)點，但其體的造價高昂。另外，便攜式電池通常要求在低電流下能夠提供樣，DMFC 需要結(jié)構足夠緊湊才能產(chǎn)生所需的電壓，例如，如果壓，就需要 12 塊 DMFC 串聯(lián)，而對于數(shù)碼相機或筆記本電腦 和 48 塊電池[5]。此時，電池總體積將會非常大，這將嚴重影樣的考慮，研究人員提出了管狀 DMFC（TubularDMFC，簡稱
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微型DMFC用新型雙催化層膜電極的制備[J]. 索春光,張文斌,王華,文斯. 江蘇大學學報(自然科學版). 2013(06)
[2]DMFC用膜電極組件的結(jié)構及性能[J]. 劉桂成,王一拓,王萌,王新東. 電池. 2012(02)
[3]自呼吸直接甲醇燃料電池膜電極的優(yōu)化(英文)[J]. 馬亮,蔡衛(wèi)衛(wèi),張晶,梁亮,廖建輝,劉長鵬,邢巍. 電化學. 2010(02)
[4]直接甲醇燃料電池膜電極的研究與進展[J]. 索春光,劉曉為,張宇峰,張博,張鵬,王路文. 化學進展. 2009(Z2)
[5]噴涂方式在膜電極制備中的應用[J]. 聶淼,索雙富,謝曉峰. 表面技術. 2008(04)
[6]催化層與擴散層熱壓結(jié)合對DMFCs性能的影響[J]. 鄭思靜,孫公權,王素力,孫海,毛慶,汪國雄,俞耀倫,辛勤. 電源技術. 2007(03)
[7]交流阻抗法在質(zhì)子交換膜燃料電池中的運用[J]. 張勇,吳玉厚,孫紅,郭大慶. 能源研究與利用. 2005(03)
[8]直接甲醇燃料電池性能研究[J]. 李建玲,毛宗強,徐景明. 電池. 2002(02)
[9]Nafion膜厚度對直接甲醇燃料電池性能的影響[J]. 劉建國,衣寶廉,王素力,魏昭彬,辛勤,陳利康. 電源技術. 2002(01)
[10]交流阻抗譜的表示及應用[J]. 崔曉莉,江志裕. 上海師范大學學報(自然科學版). 2001(04)
博士論文
[1]被動式直接甲醇燃料電池結(jié)構優(yōu)化設計及作用機理研究[D]. 袁偉.華南理工大學 2012
[2]管狀直接甲醇燃料電池的研制及其建模與控制[D]. 于如軍.上海交通大學 2006
[3]直接甲醇燃料電池膜電極的電化學研究[D]. 趙新生.中國科學院研究生院（大連化學物理研究所） 2005
碩士論文
[1]直接甲醇燃料電池膜電極的電化學及U-I性能研究[D]. 黎家純.中南大學 2008
本文編號：2921820
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池與DMFC實際系統(tǒng)體積對比
圖 1-2 DMFC 在移動便攜領域的應用方式的不同，DMFC 可以分為主動式和被動式兩種依靠燃料泵來實現(xiàn)，陰極所需的空氣或氧氣也需要縮機、氣泵、風扇等）來完成，必要時還需要額外的般較為龐大，建設和維護成本較高，另外整個系統(tǒng)低。為此部分研究人員將工作目標轉(zhuǎn)向了被動式 D的甲醇和陰極的空氣分別以濃差擴散和自然對流的電池內(nèi)部可以自動進行，故其又名被動式自呼吸athing Direct Methanol Fuel Cell，簡稱 PAB-DMFC），組裝和操作方便，運行和維護成本較低，并且不減少，因此在理論上具有比主動式 DMFC 更高的效接甲醇燃料電池的基本結(jié)構和工作原理
圖 1-3 平板式 PAB-DMFC 基本結(jié)構和工作原理示意圖[9]（① 集電板；② 擴散層；③ 微孔層；④催化層；⑤質(zhì)子交換膜）半反應和總反應可由以下方程式表示：CH3OH + H2O → 6H++ 6e-+ CO23/2O2+ 6H++ 6e-→ 3H2O CH3OH + 3/2O2→ 2H2O + CO2DMFC 具有結(jié)構簡單、制作方便、單電池功率大等優(yōu)點，但其體的造價高昂。另外，便攜式電池通常要求在低電流下能夠提供樣，DMFC 需要結(jié)構足夠緊湊才能產(chǎn)生所需的電壓，例如，如果壓，就需要 12 塊 DMFC 串聯(lián)，而對于數(shù)碼相機或筆記本電腦 和 48 塊電池[5]。此時，電池總體積將會非常大，這將嚴重影樣的考慮，研究人員提出了管狀 DMFC（TubularDMFC，簡稱
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微型DMFC用新型雙催化層膜電極的制備[J]. 索春光,張文斌,王華,文斯. 江蘇大學學報(自然科學版). 2013(06)
[2]DMFC用膜電極組件的結(jié)構及性能[J]. 劉桂成,王一拓,王萌,王新東. 電池. 2012(02)
[3]自呼吸直接甲醇燃料電池膜電極的優(yōu)化(英文)[J]. 馬亮,蔡衛(wèi)衛(wèi),張晶,梁亮,廖建輝,劉長鵬,邢巍. 電化學. 2010(02)
[4]直接甲醇燃料電池膜電極的研究與進展[J]. 索春光,劉曉為,張宇峰,張博,張鵬,王路文. 化學進展. 2009(Z2)
[5]噴涂方式在膜電極制備中的應用[J]. 聶淼,索雙富,謝曉峰. 表面技術. 2008(04)
[6]催化層與擴散層熱壓結(jié)合對DMFCs性能的影響[J]. 鄭思靜,孫公權,王素力,孫海,毛慶,汪國雄,俞耀倫,辛勤. 電源技術. 2007(03)
[7]交流阻抗法在質(zhì)子交換膜燃料電池中的運用[J]. 張勇,吳玉厚,孫紅,郭大慶. 能源研究與利用. 2005(03)
[8]直接甲醇燃料電池性能研究[J]. 李建玲,毛宗強,徐景明. 電池. 2002(02)
[9]Nafion膜厚度對直接甲醇燃料電池性能的影響[J]. 劉建國,衣寶廉,王素力,魏昭彬,辛勤,陳利康. 電源技術. 2002(01)
[10]交流阻抗譜的表示及應用[J]. 崔曉莉,江志裕. 上海師范大學學報(自然科學版). 2001(04)
博士論文
[1]被動式直接甲醇燃料電池結(jié)構優(yōu)化設計及作用機理研究[D]. 袁偉.華南理工大學 2012
[2]管狀直接甲醇燃料電池的研制及其建模與控制[D]. 于如軍.上海交通大學 2006
[3]直接甲醇燃料電池膜電極的電化學研究[D]. 趙新生.中國科學院研究生院（大連化學物理研究所） 2005
碩士論文
[1]直接甲醇燃料電池膜電極的電化學及U-I性能研究[D]. 黎家純.中南大學 2008
本文編號：2921820
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