本文關鍵詞：超疏水多孔流場板的制造及在被動式直接甲醇燃料電池中的作用機理

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【摘要】：能源是國民經濟發(fā)展的物質基礎,是人類社會向前發(fā)展的動力。隨著生產力水平的提高,人類逐漸意識到傳統(tǒng)化石燃料終將面臨枯竭的一天,且釋放能量過程受到卡諾循環(huán)的限制。被動式自呼吸直接甲醇燃料電池(PAB-DMFC)具有結構簡單、能量密度高、啟動時間短等優(yōu)點,是能源科學和電化學領域的研究熱點。然而,PAB-DMFC普遍存在甲醇穿透、CO_2管理和水管理等方面的技術挑戰(zhàn),嚴重限制電池性能的進一步提高。介于此,本文從組件浸潤性的角度出發(fā),引入超疏水多孔金屬材料作為陽極多孔流場板對電池結構進行優(yōu)化并研究其對電池性能的作用機理,主要內容包括:(1)超疏水多孔流場板的制造及浸潤性研究在傳統(tǒng)浸泡法的基礎上,引入燒結工藝制備出具有較高界面結合強度的銅表面超疏水結構,并研究了氧化時間、燒結溫度、保溫時間和修飾時間等關鍵工藝參數對材料表面微觀形貌和超疏水性能的影響。采用多齒切削與高溫固相燒結制備出多孔金屬纖維氈,并采用改進型浸泡法對其進行浸潤性改性處理制備出超疏水多孔流場板。(2)超疏水多孔流場板的結構與性能研究通過單向拉伸試驗研究多孔金屬纖維氈的力學行為,并探索了結構參數(纖維長度和孔隙率)以及自然時效處理對材料力學性能的影響規(guī)律。通過壓迫流體流動的方法系統(tǒng)研究了多孔流場板的滲透性能。采用經典伏安法研究浸潤性及結構差異對多孔流場板導電性能影響。通過超聲波震蕩法破壞材料表面微觀形貌來表征超疏水層的界面結合強度。針對電池內部復雜工作環(huán)境,對超疏水多孔流場板的耐酸腐蝕、耐有機腐蝕和耐熱性能等性能進行了系列表征及評估。(3)超疏水多孔流場板在PAB-DMFC中的性能研究通過與采用傳統(tǒng)結構的PAB-DMFC進行比較,分析了超疏水多孔流場板在阻醇和兩相流管理方面的功能特性,詳細討論結構參數(孔隙率和厚度)對電池性能的影響機制。針對集成超疏水多孔流場板的PAB-DMFC,系統(tǒng)研究了集電板結構及外部操作因素(甲醇濃度和操作方位)對電池性能的影響規(guī)律。與超親水多孔流場板組合形成復合浸潤性多孔流場板,探索在不同裝配方式和孔隙率下的電池性能表現。
【關鍵詞】：被動式直接甲醇燃料電池 多孔流場板 超疏水 兩相流 阻醇
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符號表及縮略詞11-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 課題背景與研究意義13-14
• 1.2 被動式直接甲醇燃料電池的工作原理與基本結構14-16
• 1.3 被動式直接甲醇燃料電池面臨的技術挑戰(zhàn)16-18
• 1.3.1 甲醇穿透16-17
• 1.3.2 陽極CO_2管理17-18
• 1.3.3 陰極水管理18
• 1.4 浸潤性對甲醇燃料電池性能影響研究現狀18-22
• 1.5 超疏水表面制備方法研究進展22-23
• 1.6 課題來源與研究內容23-25
• 1.6.1 課題來源23-24
• 1.6.2 研究內容24-25
• 第二章 超疏水多孔流場板的制造及浸潤性研究25-45
• 2.1 引言25
• 2.2 銅基材料表面的超疏水化處理工藝25-31
• 2.3 工藝參數對材料表面微觀形貌和超疏水性能的影響31-37
• 2.3.1 堿輔助表面氧化時間的影響31-33
• 2.3.2 固相燒結溫度的影響33-35
• 2.3.3 保溫時間的影響35-36
• 2.3.4 低表面能修飾時間的影響36-37
• 2.4 多孔金屬纖維氈的制造工藝37-41
• 2.4.1 多齒切削金屬纖維37-38
• 2.4.2 高溫固相燒結多孔金屬纖維氈38-41
• 2.5 多孔金屬纖維氈的超疏水化處理工藝41-44
• 2.6 本章小結44-45
• 第三章 超疏水多孔流場板的結構與性能研究45-61
• 3.1 引言45
• 3.2 超疏水多孔流場板的力學性能45-49
• 3.2.1 試驗方法45-47
• 3.2.2 纖維長度對PMFSS力學性能的影響47-48
• 3.2.3 自然時效處理對PMFSS力學性能的影響48-49
• 3.3 超疏水多孔流場板的壓降特性49-52
• 3.4 超疏水多孔流場板的導電性52-54
• 3.5 超疏水多孔流場板界面結合強度表征54-56
• 3.6 超疏水多孔流場板穩(wěn)定性研究56-59
• 3.6.1 抗酸腐蝕性能56-58
• 3.6.2 耐有機腐蝕性能58
• 3.6.3 耐熱破壞能力58-59
• 3.7 本章小結59-61
• 第四章 超疏水多孔流場板在PAB-DMFC中的性能研究61-85
• 4.1 PAB-DMFC的結構設計及制造61-65
• 4.2 測試條件及實驗策略65-66
• 4.3 超疏水多孔流場板對PAB-DMFC性能的影響66-70
• 4.3.1 SHOPFD結構對PAB-DMFC極化特性的影響66-68
• 4.3.2 具有SHOPFD的PAB-DMFC開路特性曲線68-69
• 4.3.3 基于SHOPFD的PAB-DMFC動態(tài)特性69-70
• 4.4 SHOPFD孔隙率對PAB-DMFC性能的影響70-71
• 4.5 SHOPFD厚度對PAB-DMFC性能的影響71-72
• 4.6 集電板結構對基于SHOPFD的PAB-DMFC性能的影響72-74
• 4.7 甲醇濃度對PAB-DMFC性能的影響74-75
• 4.8 操作方位對PAB-DMFC性能的影響75-77
• 4.9 CWPFD對PAB-DMFC性能的影響77-83
• 4.9.1 CWPFD對PAB-DMFC性能的影響77-79
• 4.9.2 CWPFD孔隙率對DMFC性能的影響79-82
• 4.9.3 基于CWPFD的PAB-DMFC動態(tài)特性82-83
• 4.10 本章小結83-85
• 結論與展望85-87
• 參考文獻87-94
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果94-96
• 致謝96-97
• Ⅳ－2答辯委員會對論文的評定意見97

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本文編號：564805