醇解制氢的微型燃料电池系统研究

发布时间：2020-10-28 16:49

　　 在世界的发展进程中,能源是人类得以迅速进步的一个巨大因素,但是随着对煤炭、石油等非可再生能源的持续开发,现在人类生存环境受到威胁,且此类能源终会被全部消耗掉,所以寻找新能源成为当务之急。在诸多的新能源当中,氢能源由于其产物为水且产能效率较高,成为了颇受社会喜爱的、高效的新能源。现在氢氧燃料电池已经开始投入使用,其中大型氢氧燃料电池运用较为广泛,但是如今却鲜有对于小型且便携的燃料电池系统的研究。制约小型燃料电池发展的一个重要原因,就是氢能源的储存,大型燃料电池所用的高压氢气存储设备太过庞大且沉重,难以运用于小型便携燃料电池系统中,故现在小型氢气供应装置的开发与研究成为亟待解决的难题。本文针对小型燃料电池系统的研究,设计了一种全新的产氢方式,即用硼氢化钠与甲醇反应,解决了传统硼氢化钠水解具有的问题。首先对硼氢化钠与甲醇的产氢反应进行多次实验及研究,测量多组数据,对此种产氢方式的可行性进行了研究;之后进行了氢气发生器结构的设计,同时进行了多种反应方式的研究,最终确认了产氢效率较高的一种反应方式作为最终结构;考虑到尾气中含有甲醇蒸气,会对氢氧燃料电池造成极大地损坏,故设计了气体处理净化装置;使用蠕动泵注入甲醇,通过反复实验确定甲醇注入流速,并用逻辑电路加以控制。研究质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的原理与内部结构,对传统的氢氧燃料电池进行改进,得到适合小型燃料电池系统使用的空气自呼吸型燃料电池,对电池进行封装。将燃料腔、反应腔、气体净化装置及逻辑控制部分集成在一起,与封装好的电池连接,搭建成系统,进行系统启动速度以及系统输出特性测试。集成后的燃料电池系统,需要放入5g硼氢化钠同时注入33ml的甲醇,氢气发生器可以在初始1ml/min稳定在0.5ml/min的蠕动泵注入甲醇速率下稳定产氢140ml/min左右,系统在1A的输出电流下,输出功率为5.33W,系统重量为507.92g,可以稳定工作80分钟。本系统工作运行稳定,输出功率稳定,是一个良好的小型燃料电池系统。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM911.4
【部分图文】：

图 1-1 散热效果较好的 PEMFC 流场结构见的 PEMFC 一般有平面型和堆叠型两种。平面型的氢氧燃料电池，Hall 等人在集成氢气发生器时，将他们研究的一种平面型的并且的氢氧燃料电池用在了其中，单片电池的厚度很薄只有 1cm 左右大，集成成为电池较为困难[21]。

(c)一个单元的内部结构细节图图 1-2 阳极板与膜电极粘合成一个单元的 PEMFC 电池结构 在工作时的性能在很大程度上决定于质子交换膜的干为电池加了一个外部加湿结构来提高电池性能，但是重量和体积，并且提高了系统复杂度。Jincheol Kim

图 1-4 丰田燃料电池系统构成如图 1-4 为丰田公司的著名的燃料电池汽车 TFCS 系统，相对于原有的燃池系统来说，这个新型的系统以降低成本为核心，进行了一系列的创新[26]。组内采用 3D 细网流路作为空气流路，优化了流路表面的亲水性，既有效防水太多导致气体堵塞，又实现了在没有外部加湿的情况下，依然可以很好的
【参考文献】

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本文编号：2860350