管状直接甲醇燃料电池结构优化设计与膜电极性能研究
发布时间：2020-12-17 09:38
直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,简称DMFC）在移动便携领域具有广阔的应用前景。由于传统平板式DMFC体积较大,双极板造价高昂,所以研究人员提出了管状DMFC（Tubular DMFC,简称t-DMFC）的构想。本课题设计并制造了一款使用高浓度甲醇供给的被动式自呼吸t-DMFC,探究了电池结构和操作参数对电池性能的影响;自主制备了柔性膜电极（Membrane Electrode Assembly,简称MEA）并对MEA性能的影响因素进行了研究,制定出一套适用于t-DMFC的MEA制备工艺流程。本课题的具体研究内容可归纳为:（1）t-DMFC的结构设计与柔性MEA的制备设计并制造了一款使用高浓度甲醇供给的被动式自呼吸t-DMFC,阳极采用多孔不锈钢管作为燃料腔和集电管,阴极采用带孔不锈钢薄带作为集流罩,MEA缠绕包裹在阳极集电管的外侧。自主设计并搭建了MEA超声喷涂系统,分别通过气体扩散电极（Gas Diffusion Electrode,简称GDE）方法和催化剂覆载膜（Catalyst Coated Membrane,简称CCM）方法制备以碳布作为...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池与DMFC实际系统体积对比
图 1-2 DMFC 在移动便携领域的应用方式的不同，DMFC 可以分为主动式和被动式两种依靠燃料泵来实现，阴极所需的空气或氧气也需要缩机、气泵、风扇等）来完成，必要时还需要额外的般较为庞大，建设和维护成本较高，另外整个系统低。为此部分研究人员将工作目标转向了被动式 D的甲醇和阴极的空气分别以浓差扩散和自然对流的电池内部可以自动进行，故其又名被动式自呼吸athing Direct Methanol Fuel Cell，简称 PAB-DMFC），组装和操作方便，运行和维护成本较低，并且不减少，因此在理论上具有比主动式 DMFC 更高的效接甲醇燃料电池的基本结构和工作原理
图 1-3 平板式 PAB-DMFC 基本结构和工作原理示意图[9]（① 集电板；② 扩散层；③ 微孔层；④催化层；⑤质子交换膜）半反应和总反应可由以下方程式表示：CH3OH + H2O → 6H++ 6e-+ CO23/2O2+ 6H++ 6e-→ 3H2O CH3OH + 3/2O2→ 2H2O + CO2DMFC 具有结构简单、制作方便、单电池功率大等优点，但其体的造价高昂。另外，便携式电池通常要求在低电流下能够提供样，DMFC 需要结构足够紧凑才能产生所需的电压，例如，如果压，就需要 12 块 DMFC 串联，而对于数码相机或笔记本电脑 和 48 块电池[5]。此时，电池总体积将会非常大，这将严重影样的考虑，研究人员提出了管状 DMFC（TubularDMFC，简称
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型DMFC用新型双催化层膜电极的制备[J]. 索春光,张文斌,王华,文斯. 江苏大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]DMFC用膜电极组件的结构及性能[J]. 刘桂成,王一拓,王萌,王新东. 电池. 2012(02)
[3]自呼吸直接甲醇燃料电池膜电极的优化(英文)[J]. 马亮,蔡卫卫,张晶,梁亮,廖建辉,刘长鹏,邢巍. 电化学. 2010(02)
[4]直接甲醇燃料电池膜电极的研究与进展[J]. 索春光,刘晓为,张宇峰,张博,张鹏,王路文. 化学进展. 2009(Z2)
[5]喷涂方式在膜电极制备中的应用[J]. 聂淼,索双富,谢晓峰. 表面技术. 2008(04)
[6]催化层与扩散层热压结合对DMFCs性能的影响[J]. 郑思静,孙公权,王素力,孙海,毛庆,汪国雄,俞耀伦,辛勤. 电源技术. 2007(03)
[7]交流阻抗法在质子交换膜燃料电池中的运用[J]. 张勇,吴玉厚,孙红,郭大庆. 能源研究与利用. 2005(03)
[8]直接甲醇燃料电池性能研究[J]. 李建玲,毛宗强,徐景明. 电池. 2002(02)
[9]Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响[J]. 刘建国,衣宝廉,王素力,魏昭彬,辛勤,陈利康. 电源技术. 2002(01)
[10]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
博士论文
[1]被动式直接甲醇燃料电池结构优化设计及作用机理研究[D]. 袁伟.华南理工大学 2012
[2]管状直接甲醇燃料电池的研制及其建模与控制[D]. 于如军.上海交通大学 2006
[3]直接甲醇燃料电池膜电极的电化学研究[D]. 赵新生.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2005
硕士论文
[1]直接甲醇燃料电池膜电极的电化学及U-I性能研究[D]. 黎家纯.中南大学 2008
本文编号：2921820
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池与DMFC实际系统体积对比
图 1-2 DMFC 在移动便携领域的应用方式的不同，DMFC 可以分为主动式和被动式两种依靠燃料泵来实现，阴极所需的空气或氧气也需要缩机、气泵、风扇等）来完成，必要时还需要额外的般较为庞大，建设和维护成本较高，另外整个系统低。为此部分研究人员将工作目标转向了被动式 D的甲醇和阴极的空气分别以浓差扩散和自然对流的电池内部可以自动进行，故其又名被动式自呼吸athing Direct Methanol Fuel Cell，简称 PAB-DMFC），组装和操作方便，运行和维护成本较低，并且不减少，因此在理论上具有比主动式 DMFC 更高的效接甲醇燃料电池的基本结构和工作原理
图 1-3 平板式 PAB-DMFC 基本结构和工作原理示意图[9]（① 集电板；② 扩散层；③ 微孔层；④催化层；⑤质子交换膜）半反应和总反应可由以下方程式表示：CH3OH + H2O → 6H++ 6e-+ CO23/2O2+ 6H++ 6e-→ 3H2O CH3OH + 3/2O2→ 2H2O + CO2DMFC 具有结构简单、制作方便、单电池功率大等优点，但其体的造价高昂。另外，便携式电池通常要求在低电流下能够提供样，DMFC 需要结构足够紧凑才能产生所需的电压，例如，如果压，就需要 12 块 DMFC 串联，而对于数码相机或笔记本电脑 和 48 块电池[5]。此时，电池总体积将会非常大，这将严重影样的考虑，研究人员提出了管状 DMFC（TubularDMFC，简称
【参考文献】：
期刊论文
[1]微型DMFC用新型双催化层膜电极的制备[J]. 索春光,张文斌,王华,文斯. 江苏大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]DMFC用膜电极组件的结构及性能[J]. 刘桂成,王一拓,王萌,王新东. 电池. 2012(02)
[3]自呼吸直接甲醇燃料电池膜电极的优化(英文)[J]. 马亮,蔡卫卫,张晶,梁亮,廖建辉,刘长鹏,邢巍. 电化学. 2010(02)
[4]直接甲醇燃料电池膜电极的研究与进展[J]. 索春光,刘晓为,张宇峰,张博,张鹏,王路文. 化学进展. 2009(Z2)
[5]喷涂方式在膜电极制备中的应用[J]. 聂淼,索双富,谢晓峰. 表面技术. 2008(04)
[6]催化层与扩散层热压结合对DMFCs性能的影响[J]. 郑思静,孙公权,王素力,孙海,毛庆,汪国雄,俞耀伦,辛勤. 电源技术. 2007(03)
[7]交流阻抗法在质子交换膜燃料电池中的运用[J]. 张勇,吴玉厚,孙红,郭大庆. 能源研究与利用. 2005(03)
[8]直接甲醇燃料电池性能研究[J]. 李建玲,毛宗强,徐景明. 电池. 2002(02)
[9]Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响[J]. 刘建国,衣宝廉,王素力,魏昭彬,辛勤,陈利康. 电源技术. 2002(01)
[10]交流阻抗谱的表示及应用[J]. 崔晓莉,江志裕. 上海师范大学学报(自然科学版). 2001(04)
博士论文
[1]被动式直接甲醇燃料电池结构优化设计及作用机理研究[D]. 袁伟.华南理工大学 2012
[2]管状直接甲醇燃料电池的研制及其建模与控制[D]. 于如军.上海交通大学 2006
[3]直接甲醇燃料电池膜电极的电化学研究[D]. 赵新生.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2005
硕士论文
[1]直接甲醇燃料电池膜电极的电化学及U-I性能研究[D]. 黎家纯.中南大学 2008
本文编号：2921820
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