微型直接甲醇燃料电池系统级模型研究

发布时间：2024-05-29 04:27

　　现如今移动电子产品的功能日趋复杂,功耗也极剧地增大,迫切需求能够持续稳定输出较大功率的可移动电源。在这种应用背景下,微型直接甲醇燃料电池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)由于不需充电、输出功率与能量转化效率高、不受环境影响以及燃料易于获取与储存等优势,被认为是时下最具有竞争力与发展前景的新能源之一。μDMFC不能以单体的形式直接使用,在实际应用时必须组成电池组系统,然而传统的μDMFC模型在设计系统时主要存在以下两个问题:一是传统模型由于复杂以及计算量大等问题导致了其仿真时间很长,造成系统设计的效率低;二是传统模型没有考虑不同负载对系统能量转化的影响,使得设计的系统存在较大的能量损失,能量转化效率较低。本文针对以上问题开展了如下研究工作。通过对系统函数进行简化与理论推导,抽象出一个灰匣子μDMFC单体等效电路模型,应用此模型对μDMFC单体的输出特性、内部传质以及电化学反应进行仿真,结果表明:μDMFC单体等效电路模型在设计单体的效率上突破了COMSOL求解的单体数学物理模型,能够在保证仿真精度的前提下使仿真时间缩短了一个数量级,解决了现今模...

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1按电解质分类的各种燃料电池基本原理示意图

燃料电池的结构主要包括以下部分:阳极,阴极和两极之间的电解质。在其对外供电时,燃料被输送到阳极发生氧化反应,反应产生的电子要传输到外部电路做功使外部设备工作[41-43]。另一方面,氧化剂被输送到阴极与从外部电路返回的电子发生还原反应[44,45]。电解质用于阳极和阴极之间的离子....

图1-2SFC公司研制的JENNY600S及其应用

图1-2所示为德国SFC公司研制开发的最新μDMFC产品JENNY600S。该产品的重量为1.7kg,体积为184×74×252mm,是一种非常便携的能源系统。JENNY600S具有很好的稳定性,已广泛应用于便携式野外通信设备、笔记本电脑以及小型机械设备的电力供应。此外,该....

图1-3μDMFC工作过程示意图

总反应:对于PEMFC,标准状态下(298K,1atm)电池反应的吉布斯自由能变与电池电动势的关系为:

图1-4标准的μDMFC极化曲线图

式中,n为反应电子数,EΘ为标准状态下电池的可逆电位,F为法拉第常数,ΔGΘ为标准状态下的吉布斯自由能变,对于μDMFC其值为-689.2kJ/mol。由(1-1)可知μDMFC放电时每个甲醇分子分解放出6个电子,根据式(1-4)可得μDMFC的理想电动势为1.2V。标准的μ....

本文编号：3984076