微型直接甲醇燃料电池结构设计与分析
微型直接甲醇燃料电池概述
微型直接甲醇燃料电池概述课题背景在社会高速发展的今天，能源和人类社会的生存发展休戚相关，是经济发展进步的动力源泉，也是衡量一个国家的综合国力、科学发达程度以及人民生活水平的重要指标[1-2]。
当前全球消耗的能源，主要以非可再生能源——煤、石油、天然气等为主，而各国的工业化的急速发展使得这些非可再生能源消耗的每况愈下，人类对这些能源的依附却有增无减[3-4]。
与此同时，这些能源的消耗过程中排放物给生态环境带来了很大的负面影响，使环境污染问题成为日前全球性的问题[5],对人类生存环境的威胁日趋严重，更关系到未来人类社会的可持续发展与生存[6-8]。
故亟需找到一种理想的能源资源或动力装置，来代替现有的能源资源[9]。
“氢”能清洁、高效、可持续，是能源系统的重中之重[10]，而甲醇燃料电池是“氢”能技术的最佳代表之一，其研究开发受到世界各国的青睐，被认为是本世纪首选的清洁的、高效的发电装置[11-13]。
尤其是微型甲醇燃料电池，它低污染、质量轻、体积小、容易操作、比能量密度高，更是成为了便携式电子装置的理想动力装置之一[14-15]。
近些年MEMS技术的迅猛发展为微型甲醇燃料电池的制造及应用提供了新的实现方法。
基于MEMS技术制造的微型甲醇燃料电池主要具有以下优势：（1）燃料电池结构可以简化[16]，体积和重量减小；（2）可制作复杂的微流场结构[17]，控制燃料流动，提高电池性能；（3）易批量生产，并成本降低；（4）安全性、可靠性更高[18]，更换燃料方便简易。
（5）可将微型燃料电池和传感器、电子器件等集成在芯片上，节省系统体积，使燃料电池的系统结构更简单[19-21]。
因此, 微型直接甲醇燃料电池的研发和生产，必成为电化学和能源科学研究与发展的一个备受关注热点和主要方向[22]。
目前小型DMFC的研发的重点主要集中在燃料来源和降低成本，要想使μDMFC尽快实现商业化还需要大量细致的研究工作，如MEA新的制备工艺及结构优化技术，高效抗CO中毒的阳极催化剂、高质子电导率的阻醇质子交换膜的研制，DMFC电池组的封装及系统集成等。
直接甲醇燃料电池工作原理及特点
直接甲醇燃料电池工作原理及特点
1. 简介
甲醇燃料电池是一种化学电源，将甲醇及氧气作为燃料，通过化学反应产生电能。
甲醇燃料电池具有高效、环保、可再生等特点，被广泛应用于电动汽车、移动电源以及微型电力设备等领域。
2. 工作原理
甲醇燃料电池的工作原理是将甲醇、水和氧气作为燃料在阳极和阴极间进行氧化还原反应，从而产生电流。
具体反应式为：2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O
反应中，甲醇在阳极被氧化成二氧化碳和水，同时产生电子，电子经过外部的电路流转到阴极，从而产生电能。
3. 特点
甲醇燃料电池相比于传统电池具有以下特点：
3.1. 高效
甲醇燃料电池的能量转换效率高达50%以上，同时具备高功率密度和高热效率，因此具有极高的能量利用效率。
3.2. 环保
甲醇燃料电池在工作过程中只产生二氧化碳和水，不含有废气、废水等有害物质，是一种非常环保的能源。
3.3. 可再生
甲醇燃料电池的原料——甲醇可以从木材、植物油、废物等中提取，具有可再生性。
同时通过使用废弃物产生的甲醇，可以有效地降低生态环境的污染程度。
3.4. 适用范围广
甲醇燃料电池具有很强的适应性，可以用于移动电源、家庭备用电源、新能源汽车等领域中，因此是未来能源领域的主要发展方向之一。
4. 结论
甲醇燃料电池作为一种高效环保可再生的能源，具有非常广阔的应用前景和发展空间。
随着技术的不断发展和创新，它将成为未来能源领域的主流能源之一。
直接甲醇燃料电池实验报告
研究生专业实验报告实验项目名称：被动式直接甲醇燃料电池学号：姓名：张薇指导教师：陈蓉动力工程学院被动式直接甲醇燃料电池一、实验目的1、了解和掌握被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池（DMFC）的基本工作原理；2、了解和掌握对燃料电池进行性能测试的基本方法；3、了解和掌握燃料电池性能评价方法；4、观察和认识影响燃料电池性能的主要因素。
二、实验意义燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置，具有环境友好、效率高、工作安静可靠等显着优点，被誉为继核能之后新一代的能源装置。
在众多燃料电池种类中，空气自呼吸式直接甲醇燃料电池（DMFC）因具有系统结构简单、能量密度高、环境友好、更换燃料方便、可在常温下工作等优点，成为便携式设备最有前景的可替代电源，是电化学和能源科学领域的研究热点。
本实验旨在对被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池进行实验研究，使同学们了解和掌握燃料电池测试的基本方法，加深对燃料电池基本工作原理的认识和理解。
三、实验原理燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置。
一个典型的直接甲醇燃料电池的示意图如图1所示。
图1: 直接甲醇燃料电池的典型结构从图1中可以看出，典型的直接甲醇燃料电池包括阳极扩散层、阴极扩散层、阳极催化剂层、阴极催化剂层、质子交换膜、集流体等部件。
在被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池中，电池阳极发生的是甲醇的氧化反应：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-，E0=0.046 V （1）电池阴极发生的是氧气的还原反应：3/2O2+6H++6e-→3H2O，E0=1.229 V （2）总反应式为：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O，△ E=1.183 V （3）在被动式直接甲醇燃料电池阳极，甲醇水溶液扩散通过阳极扩散层到达阳极催化层，甲醇在阳极催化层被氧化，生成二氧化碳、氢离子和电子，如式（1）所示。
氢离子通过质子交换膜迁移到阴极，电子通过外电路传递到阴极；在阴极侧，氧气通过暴露在空气中的阴极扩散层传输至阴极催化层，在电催化剂的作用下，氧气与从阳极迁移过来的质子以及从外电路到达的电子发生还原反应生成水，如式（2）所示。
甲醇燃料电池
谢谢观看
DMFC的基本原理如图1所示：从阳极通入的甲醇在催化剂的作用下解离为质子，并释放出电子，质子通过质 子交换膜传输至阴极，与阴极的氧气结合生成水。在此过程中产生的电子通过外电路到达阴极，形成传输电流并 带动负载。
甲醇氧化涉及6电子转移，过程复杂缓慢。现场红外光谱检测发现甲醇在Pt电极上氧化的主要产物有CO、COH、 HCOH及H2COH8。为了提高阳极反应的速率，必须深入研究甲醇氧化机理，尤其是甲醇氧化过程中的速度控制步骤。 相关的研究较多，一般认为按双途径进行。认为其氧化过程分为两个基本步骤：
特点
阳极催化剂的研究和开发，主要着眼于两个方面，其一为高性能：包括高活性、可靠性和长寿命；其二为低 价格。
为提高阳极催化性能，应开发新的催化剂材料，包括贵金属和非贵金属催化剂。贵金属催化剂的开发，合金 化是主要的研究方向，通过快速的活性筛选，可以在商业化上得到突破。
另一个是载体的策略。快速发展的纳米技术，尤其是在碳纳米材料的开发上，可以开发出更多更稳定的、高 活性的催化剂载体，纳米颗粒作为载体的催化剂，是PEMFC和DMFC最有应用前景的催化剂材料。
DMFC阴极发生氧还原反应（ Oxygen Reduction Reaction，ORR），由于Pt及其合金催化剂对氧还原的催 化活性较高，因此是应用最普遍的阴极催化剂。氧气在Pt电极上的还原反应涉及多个电子的转移，可能包括多个 基元反应。 Worblowa等提出可能的氧还原过程为：
Pt+O2→Pt-O2 Pt-O2+H++e-→Pt-HO2 Pt-HO2+Pt→Pt-OH+Pt-O Pt-OH+Pt-O+3H++3e-→2Pt+2H2O
微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构设计
行 了实 验 验 证 。提 出 了 一 种具 有 平 行 沟 道 的 阴 极 集 流 板 多孔 结 构 ， 过 对 阴 极 氧 气 浓 度 、 度 和 电 流 密 度 的模 拟 仿 真 ， 通 速
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｏ ｅ ｆｃ ｅ ｙ ｏ ｘｙ ｅ ａ ｓｔ ａ ｐ ｔａ ａ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｆｓ ｌ— ｒ ａ ｈｉ ｏ ｖ ｈｅ ｌ ｗ ｆｉ ｉｎｃ ｆｏ ｇ ｎ ｍ ｓ ｒ ｎｓ ｏｒ ｎｄ ｗｅ ｋ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｅ ｏ ｅｆ ｂ ｅ ｔ ｎｇ ｍｉｒ — ｉｅ ｔｍ ｅ ｈａ ｏ ｕ １ｃ ｌｓ （ ｃ ｏ ｄ ｒ ｃ ｔ ｎ １ｆ ｅ ｅｌ ｕＤＭ ＦＣｓ ），ｔ ｆｅ ｅ ａ ｈ ｄｅ ｃ ｒ ｎ ｏｌｅ ｔ ｒ ｔ ｅ ｆ ａ ｅ ｈｅｄｉｆ ｒ ｎｔｃ ｔ ｏ ｕｒ ｅ ｔｃ ｌ ｃ ｏ ｓ ｗｉｈ ａ ｐ ｒｏｒ ｔ ｄ
２ ．Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆ ｉｒ —ｙｓｅ ｎ ｃｏ ｓｒ ｃｕ ｅ ｎ ｆ ｃｕ ｉｇ， ｙＬａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ Ｍ ｃ ｏｓ ｔｍｓａ ｄ Ｍｉｒ —ｔ ｕ ｔ ｒ ｓＭａ ｕ ａ ｔ ｒｎ
Ｍ ｉ ｉｔｙ ｏ ｎ ｓｒ ｆ Ｅｄｕ ａ ｉｎ，Ｈａ ｂｎＩ ｓｉｕｅｏ ｃ ｎ ｌｇｙ， ｒ ｉ ５ ０ １ ｃ ｔｏ ｒ ｉ ｎ ｔｔ ｔ ｆ Ｔｅ ｈ ｏｏ Ｈａ ｂｎ １ ０ ０ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
说 明 了提 出 的结 构 可 以有 效 改 善 氧气 传 质 和 提 高 电池 性 能 。 利用 微 精 密 加 工 技 术 实 现 了 有效 面积 为 ８ｍｍ×８ｍｍ 的 自 呼 吸微 型 直 接 甲 醇燃 料 电池 ， 温 下测 试 显 示 ， 甲 醇 溶 液 浓 度 为 １ ｍｏ Ｉ， 速 为 １ ｍｌ ｎ时 ， 大 输 出功 率 达 到 １ 室 当 ｌ 流 ／ ／ ｍｉ 最 １ ｍＷ／ ｍ 为便 携 式 微 能 源 系 统 的 应 用 开 发 奠定 了基 础 。 ｃ ， 关 键 词 ： 型直接甲醇燃料电池； 微 阴极 集 流板 ； 自呼 吸 ； 行 沟 道 平 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ０Ｐ ． ０ １ ９ ４ ０ ２ ｏ ：０ ３ ８ ／ Ｅ ２ １ １ ０ ． ８ ０
直接甲醇燃料电池
直接甲醇燃料电池（理学院，材料科学与工程系，材料科学与工程专业余志勇）（学号：2000143001）内容提要：制备了一只面积为3×3cm2的直接甲醇燃料电池，优化了有关制备工艺，测定了在不同放电电流、不同甲醇浓度和不同有机物作燃料时的放电性能。
结果发现，制备过程中电极干燥处理和MEA热复合时温度对电池的性能有至关重要的影响。
同时还发现，低电流放电时，提高甲醇浓度，工作电压下降；在以1mol/L甲醇溶液为燃料时，放电电流为50mA时，电池输出功率达到最大。
在室温低电流密度下，不同物质的水溶液作燃料时，工作电压存在下列次序：异丙醇>甲酸>甲醛>甲醇。
关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜燃料电池；电催化剂教师点评：论文制备了一只小面积单体直接甲醇燃料电池，在室温下的工作性能很好，说明作者掌握了直接甲醇燃料电池制备过程中的几个关键点，对制备工艺有较好的理解。
对电池电学性能的分析也较深入合理。
论文条理清晰，结论可靠。
（点评教师：朱光明，副教授）第一章绪论1.1 燃料电池概述1.1.1 燃料电池历史、现状与未来燃料电池是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。
它以电化学反应的方式将燃料不经过燃烧直接由化学能转变为电能。
与一般电池不同，燃料电池所用的燃料和氧化剂并不是贮存在电池内，而是贮存在电池外。
在这一点上，它又与内燃机相似。
因此，燃料电池又被形象的称为“电化学发电机”[1]。
燃料电池具有能量转化效率高；环境污染少，无噪声，操作简便，建设周期短等优点。
其使用灵活性很大，既可大功率集中供电，也可以小功率分散或移动供电。
自本世纪60年代起，燃料电池引起了各国科学家的广泛注意[2]。
随着其本身技术的发展，以及近年来世界范围内的能源危机和环境污染等问题日益严重，燃料电池的研究受到普遍的关注。
美国、加拿大、德国、日本和俄罗斯等经济或科技大国已将燃料电池的开发列为国家发展的一个重要战略目标。
DMFC 直接甲醇燃料电池简介
直接甲醇燃料电池1.1 DMFC 的工作原理直接甲醇燃料电池（DMFC）是以质子交换膜为电解质、液态甲醇为燃料的一种新型燃料电池。
如图1.1 所示，它主要由阳极、阴极和电解质膜三部分组成。
DMFC 工作时，甲醇和水的混合物经扩散层扩散进入催化层，在阳极催化剂的作用下直接发生电化学氧化反应生成 CO2、6 个电子和 6 个质子。
质子经质子交换膜由阳极迁移到阴极区，而电子经外电路做功后到达阴极区。
氧气（或空气）经扩散层扩散进入催化层并在阴极催化剂的作用下与流入阴极区的电子和质子发生电化学反应生成水。
电池的总反应方程式如式1-1 所示，电子在迁移过程中经外电路做功形成回路产生了电流，实现了化学能到电能的转化。
(1)、酸性条件下电极反应与电池总反应方程式为：阳极： CH3OH + H2O → CO2+ 6H+ + 6e- E10 = 0.046 V阴极： 3/2 O2 + 6H+ + 6e-→3H2O E20 = 1.23 V总反应：CH3OH + 3/2 O2→CO2 + 2H2O E = E20 - E10 =1.18 V (1.1) 从总反应方程式可以看出，DMFC 中甲醇的化学能转化为电能的电化学反应结果与甲醇燃烧生成二氧化碳和水的反应相同。
由于阳极甲醇氧化反应的可逆电势较氢标准电势高，因此，DMFC 的标准电势较氢氧燃料电池更低。
理论计算结果表明：DMFC的 E0=1.183 V，能量转化率为 96.68 %，但电池的实际工作电压远小于此值。
当阳极电势≥0.046 V（可逆氧化电势）时，甲醇将自发进行反应；相同地，当阴极≤1.23 V（可逆还原电势）时，氧也可以自发地发生还原反应。
因此，阳极电势比0.046 V 高的多而阴极电势比1.23 V 低得越多时，电极反应速度就越快，而此偏离热力学电势的极化现象使得 DMFC 的实际工作电压比标准电势 E0低。
(2)、碱性条件下电极反应与电池总反应方程式为：阳极： CH3OH + 6OH-→ CO2+ 5H2O + 6e-阴极： 3/2 O2 + 6H2O + 6e- → 6OH-总反应：CH3OH + 3/2 O2→CO2 + 2H2ODMFC 的期望工作温度为120 ℃以下。
甲醇燃料电池的制备以及应用
摘要采用固体电解质膜的直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell , 简写DMFC) 由于结构简单、无液体电解质、比能量高等优点,近年来成为国际上的研究热点。
论述了DMFC 的原理和各研究机构目前取得的最新进展。
目前存在的两个主要的问题是:甲醇从阳极向阴极的渗透和阳极催化剂活性较低。
使用新型的非氟质子交换膜及复合膜有望最终解决甲醇渗透的问题。
阳极催化剂的研究已经向铂基多组元件系扩展。
直接甲醇燃料电池在手机电源等微型移动电源和千瓦级的工业用可移动电源及电动车方面有一定的应用前景。
关键字：直接甲醇燃料电池制备应用AbstractThe direct methanol fuel cell (DMFC) with solid elect relate membrane become the international research focus in recent years due to it s advantages, such as simple sty rupture, anhydrous elect relate and high energy density. The principle of DMFC and the state of art s of it s development are introduced. The percolation of methanol from anode to cathode and the low activity of anode catalyst is the two main problems to be solved. The utilization of novel no fluorinated proton exchange membrane and composite membrane are expected to be the solutions for solving the methanol percolation problem, while the research on anode catalyst is extended to platinum based multi component system for improvement . DMFC are promising in the applications range from portable power sources, such as mobile phone power and kilo watt level in dust rail power source, to elect riveting.Keywords: Preparation of direct methanol fuel cell applications前言燃料电池的特点是能量转化率高，运行噪声小，无污染等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
哈尔滨工业大学
3.1µDMFC的二维、两相、稳态、全电池传质模型 ：
• 扩散层（多孔介质）内两相物质传输 • 流道内两相物质传输 • 质子交换膜内的液相物质传输 • 电子和质子传输 • 电化学反应动力学 • 热量传输
式微通道与圆孔相通并构成“轮辐单元”，之间通过延长通道连接形成双路气流。
正面
背面
哈尔滨工业大学
模型建立
模型计算区域
µDMFC的三维、两相、自呼吸式阴极传质模型（针对一个典型单元）
模型控制方程
• 多孔介质层的动量传输（达西定律） • 电子和质子传输
哈尔滨工业大学
MEMS Center, Harbin Institute of Technology Harbin, 150001, China
哈尔滨工业大学
百叶窗结构
多孔结构
电流密度增大，性能提高
提高催化层的传质速度
催化层氧化剂质量分数提高，从而 增强氧化剂传质。分布更均匀
哈尔滨工业大学
3.2.2新型空气自呼吸阴极流场结构
空气自呼吸式µDMFC是目前研究的热点，但存在传质效率低、阴极“水淹”等问 题。针对上节中传统直孔式阴极由于阴极“水淹”而产生的性能衰减问题，提出一 种改进的新型“轮辐”式空气自呼吸阴极流场结构
结构设计
背面（空气接触面）与直孔式结构相同，正面（电极接触面）具有一定数量的辐条
哈尔滨工业大学
模型建立
质子交换膜液相物质传输（甲醇渗透和水渗透）
（单相物质，无需修正 ）
ip eff m i • 甲醇传质方程（扩散和电渗）—— N MeOH ,cross DMeOH C n , mem MeOH , mem d F 6F
• 液相水传质方程（PEM完全浸润，无浓度变化，忽略扩散项）—— N H O ,cross nd i 2
t
（N-S方程修正 ）
• 气相物质和液相水连续性方程
(1 g ug ) 0
H 2O t
H 2O l
u 0
1.5 eff eff • 氧气物料守恒方程—— DO C C u 0 （液体体积分数 Ф修正） D D 1 O O g O O 2 2 2 2 2
H+ e- CO2
H2O
Methanol
（1）极板材料的选择 （2）阴阳极结构的设计 （3）膜电极(MEA)的传质 （4）气液两相流,甲醇渗透等理论研究
Anode
MEA
Cathode
前期分析 后期验证
COMSOL Multiphysics
哈尔滨工业大学
主要内容
微型DMFC研究背景及应用
不同电流密度
不同工作温度 不同阳极流速
哈尔滨工业大学
模型结果分析
µDMFC单体结构优化
• 极板材料
热导率高的极板材料，可以保证电池获得 更均匀的内部温度分布
内部温度分布
• 金属网
甲醇渗透现象减轻，电池 效率提高
thvolt fuel
G Vcell ia 100% H Ecell ic
0.5
1.5 1.5 Dieff ,l Di ,l s
1.5 Dieff 1 s , g Di , g 1.5
• 饱和气相压强—— pc pg pl cos c / K J s
（有效扩散系数）
2 3 （亲水性） 0 c 90o 1.417 1 s 2.120 1 s 1.263 1 s J s o o 2 3 90 180 1.417 s 2.120 s 1.263 s c （憎水性）
电子和质子传输（扩散层---电子传导，PEM---质子传导）
• 电子守恒方程—— s ,eff s 0 • 质子守恒方程—— m,eff m 0
F
电化学动力学模型
ref 0 Cm,acl Cm F ref Cm , acl a • 阳极反应模型—— i im s ref exp( a ) ref C RT 1 Cm,acl Cm acl m CO2 ,ccl c F ref • 阴极反应模型（一级反应）—— ic iO 1 s exp( c ) ref 2 CO RT ccl 2 • 渗透电流密度—— i p ic i
哈尔滨工业大学
模型建立
多孔介质（阴、阳极扩散层）的两相物质传输
• 液相物质和气相物质连续性方程
( l ul ) Sl
( g ug ) S g
• 液相物质和气相物质动量守恒方程
（Darcy 定律， 液相饱和度s修正）
ul
ug
Kkrl
Kkrg
l
pl
pg
ref Cm 0.1mol / L
（Tafel经验公式）
热量传输
• 阳极催化层产生热量—— qacl ia (a
• 阴极催化层产生热量—— qccl
H a Ga ) 6F H c Gc H a Ga ic (c ) (ic ia ) 4F 6F
哈尔滨工业大学
2010年中国区用户年会
微型直接甲醇燃料电池结构设计 与分析
苑振宇
哈尔滨工业大学
2010.10
哈尔滨工业大学
主要内容
微型DMFC研究背景及应用
微型DMFC工作原理
COMSOL在微型DMFC分析设计中应用 结语
哈尔滨工业大学
一.微型DMFC研究背景及应用
随着集成电子技术、MEMS技术的高速发展，高度集成的微型 武器系统与便携式电子产品对高能量密度微能源需求愈来愈迫切。
哈尔滨工业大学
建立了µDMFC二维两相传质模型：
• 模型的计算结果与实验结果基本吻合
• 甲醇浓度、工作温度对电池极化过程和阳极甲醇传质影响明显，其中权重
因素甲醇渗透和浓差极化存在相互制约关系 • 电流密度、阳极流速和工作温度对阳极流道内CO2气体含量有一定影响
• 极板材料需要具有良好的热导率 • 采用金属网可以提高电池性能和效率 •存在的问题： CO2气体含量的分析
（Leverette函数）
哈尔滨工业大学
模型建立
阳极流道两相物质传输（提出漂移流模型）
• 液相物质动量守恒方程——
l ul l ul ul pl l ul l g （N-S方程修正 ） t 3 Cd 16 CO2气体速度—— ug ul uslip l uslip uslip pl Cd 4 db Reb
• 液相物质和CO2气体连续性方程
(l ul ) 0
1 CO2 t
1
（直径小于1mm的小尺寸气泡 ）
CO2
ug 0
eff eff • 甲醇物料守恒方程—— DMeOH CMeOH CMeOH ul 0 DMeOH DMeOH 1.5 （液体体积分数Ф修正）
哈尔滨工业大学
实验验证
在2M和0.5ml/min的条件下,百叶窗的最大功率密度为19.7 mW/cm2 传统结构最大功率密度为16.8 mW/cm2.与仿真结果基本吻合.
文章发表于international journal of hydrogen energy 35 ( 2010 ) 56385646(IF=3.945)
krl s3
krg 1 s
3
（相对渗透率）
g
• 液相物质和气相物质物料守恒方程
（Bruggemann模型修正）
Dieff ,l Ci ,l Ci ,l ul Si ,l Dieff , g Ci , g Ci , g ug Si , g
微型DMFC工作原理
COMSOL在微型DMFC分析设计中的应用 结语
哈尔滨工业大学
二.微型DMFC工作原理
阳极: 阴极:
O2
CH3OH H 2O CO2 6H 6e
3 O2 6 H 6e 3H 2O 2
总反应:
3 CH 3OH O2 CO2 2H 2O 2
工作温度的影响
• 温度升高，甲醇渗透加剧
• 温度升高，电池性能提升
哈尔滨工业大学
模型结果分析
阳极流道内CO2气体含量
• 电流密度与工作温2气体排放速度加快
• 以上结论与Yang[1]和Liao[2]等人可视化观测结论相符
[1] H. Yang, T. S. Zhao, Q. Ye. J. Power Sources, 2005, 139: 79-90 [2] Q. Liao, X. Zhu, X. Y. Zheng, et al. J. Power Sources, 2007, 171: 644-651
韩国成均馆大学实现以 SU-8 感光胶为极板材料的微型直 接甲醇燃料电池，最大功率 密度达到8mW/cm2
西班牙国家微电子中心完 成了硅基被动式微型直接 甲醇燃料电池，最大功率 密度达到12mW/cm2
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学MEMS中心研究成果
有效面积0.64cm2，室温下开路电压达到 520mV，最大输出功率密度为5.9mW/cm2
微型DMFC工作原理
COMSOL在微型DMFC分析设计中的应用 结语
哈尔滨工业大学
三.COMSOL在微型DMFC分析设计中的应用
针对目前传质理论与阴阳极结构技术上的关键问题 ，开展以下工作 3.1建立µDMFC二维两相传质模型——分析内部传质特性，优化电池结构