直接甲醇燃料电池的MEA的结构改性及传输过程优化
发布时间：2021-03-23 19:16
优化能源结构、发展高效清洁的二次能源并减少能源消耗对环境的污染,是我国可持续发展战略中极为重要的一步。直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cell,DMFC）作为一种能够源源不断的将燃料中的化学能转化为电能的装置,被视作最有前途的清洁高效的能源生产技术之一。因为其结构简单、能量密度高和易于运输的特点,被广泛应用于便携式设备。膜电极（membrane electrode,MEA）作为DMFC的核心部件,其结构直接影响了电池的性能。直接甲醇燃料电池目前存在着:阳极甲醇氧化反应动力学缓慢;甲醇渗透引发混合电位,造成电池性能下降;阴极水淹严重,导致电化学活性面积减小,传输阻力增大;微孔层传输不畅通导致电池性能降低等问题。因此扩大电化学活性面积,减少甲醇渗透和保证反应物及生成物的正常传输,构建一个高性能的MEA成为改善直接甲醇燃料电池性能的关键。本文对比了高/低浓度甲醇条件下,阳极扩散层亲/憎水性对电池性能和物质传输过程的影响,以及温度对电池性能提升效果的影响。研究结果显示,低浓度甲醇条件下,亲水性阳极扩散层电极放电性能更佳,高浓度下,憎水性阳极扩散层更有优势;低浓度DM...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池工作原理示意图
3图1.2燃料电池的分类Fig.1.2Classificationoffuelcells1.2.2燃料电池分类燃料电池的分类方式非常多样，目前的分类方式有按照电解质的类型、通过电解液传输的离子的类型、燃料的类型、工作温度或是否直接使用一次燃料等规则作为分类标准。由于电解质的选择决定了燃料电池的基本性能，包括工作原理，工作温度，燃料和氧化剂材料的选择。当前，根据电解质类型对燃料电池进行分类是最常用的标准。如图1.2所示，按照电解质类型分类，燃料电池可被分为以下5种类型：（1）碱性燃料电池（AFC），（2）磷酸燃料电池（PAFC），（3）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），（4）固态燃料电池（SOFC）和（5）质子交换膜燃料电池（PEMFC）。1.2.2.1碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池由弗朗西斯·托马斯·培根（FrancisThomasBacon）发明，是最先进的燃料电池技术之一。在AFC系统中，低温（<120℃）和高温（~200℃）时通常分别使用浓度为35wt.%-50wt％的氢氧化钾（KOH）和浓度为85wt.％的高浓度KOH
8图1.3直接甲醇燃料电池示意图Fig.1.3Schematicdiagramofdirectmethanolfuelcell1.3.3直接甲醇燃料电池存在的主要问题1.3.3.1甲醇氧化反应动力学缓慢由阳极侧发生的甲醇氧化方程可知，甲醇被完全氧化为二氧化碳能够产生6个电子，然而甲醇氧化过程复杂，氧化过程中极易产生大量不可溶的、不稳定的中间产物，这些中间产物会吸附于阳极催化剂表面并毒害阳极催化剂，使得其催化活性降低，致使阳极甲醇氧化动力学缓慢，引起电池性能下降。因而如何优化电极结构，提高阳极催化剂活性，扩大阳极的电化学活性面积来加快阳极甲醇氧化动力学成为DMFC的研究热点[25-27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池发展史:从阿波罗登月到丰田Mirai[J]. 周晖雨,范芷萱. 能源. 2019(07)
[2]国内外车用燃料电池研究现状及思考[J]. 刘贤涛. 现代商贸工业. 2019(10)
[3]可再生能源国外政策综述[J]. 王晨晨,杜秋平,王晓,王冬梅,石磊,李璇. 华北电力技术. 2017(02)
[4]直接甲醇燃料电池活化过程中膜电极变化[J]. 张健,尹鸽平,邵玉艳,王振波,赖勤志. 稀有金属材料与工程. 2008(03)
[5]DMFC阳极多元合金催化剂的研究进展[J]. 王振波,尹鸽平,史鹏飞. 工业催化. 2005(02)
本文编号：3096287
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池工作原理示意图
3图1.2燃料电池的分类Fig.1.2Classificationoffuelcells1.2.2燃料电池分类燃料电池的分类方式非常多样，目前的分类方式有按照电解质的类型、通过电解液传输的离子的类型、燃料的类型、工作温度或是否直接使用一次燃料等规则作为分类标准。由于电解质的选择决定了燃料电池的基本性能，包括工作原理，工作温度，燃料和氧化剂材料的选择。当前，根据电解质类型对燃料电池进行分类是最常用的标准。如图1.2所示，按照电解质类型分类，燃料电池可被分为以下5种类型：（1）碱性燃料电池（AFC），（2）磷酸燃料电池（PAFC），（3）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），（4）固态燃料电池（SOFC）和（5）质子交换膜燃料电池（PEMFC）。1.2.2.1碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池由弗朗西斯·托马斯·培根（FrancisThomasBacon）发明，是最先进的燃料电池技术之一。在AFC系统中，低温（<120℃）和高温（~200℃）时通常分别使用浓度为35wt.%-50wt％的氢氧化钾（KOH）和浓度为85wt.％的高浓度KOH
8图1.3直接甲醇燃料电池示意图Fig.1.3Schematicdiagramofdirectmethanolfuelcell1.3.3直接甲醇燃料电池存在的主要问题1.3.3.1甲醇氧化反应动力学缓慢由阳极侧发生的甲醇氧化方程可知，甲醇被完全氧化为二氧化碳能够产生6个电子，然而甲醇氧化过程复杂，氧化过程中极易产生大量不可溶的、不稳定的中间产物，这些中间产物会吸附于阳极催化剂表面并毒害阳极催化剂，使得其催化活性降低，致使阳极甲醇氧化动力学缓慢，引起电池性能下降。因而如何优化电极结构，提高阳极催化剂活性，扩大阳极的电化学活性面积来加快阳极甲醇氧化动力学成为DMFC的研究热点[25-27]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池发展史:从阿波罗登月到丰田Mirai[J]. 周晖雨,范芷萱. 能源. 2019(07)
[2]国内外车用燃料电池研究现状及思考[J]. 刘贤涛. 现代商贸工业. 2019(10)
[3]可再生能源国外政策综述[J]. 王晨晨,杜秋平,王晓,王冬梅,石磊,李璇. 华北电力技术. 2017(02)
[4]直接甲醇燃料电池活化过程中膜电极变化[J]. 张健,尹鸽平,邵玉艳,王振波,赖勤志. 稀有金属材料与工程. 2008(03)
[5]DMFC阳极多元合金催化剂的研究进展[J]. 王振波,尹鸽平,史鹏飞. 工业催化. 2005(02)
本文编号：3096287
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