微型自吸氧直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極極板設(shè)計(jì)研究

針對(duì)自呼吸微型直接甲醇燃料電池陰極氧氣傳質(zhì)效率低和性能差等問題,對(duì)微型直接甲醇燃料電池陰極集流板多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。通過建立甲醇燃料電池陰極模型,分析了集流板開孔形狀和開孔率的變化對(duì)電池性能的影響,指出開孔形狀對(duì)陰極電流幾乎沒有影響,開孔率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)陰極電流變化較小。然后對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。提出了一種具有平行溝道的陰極集流板多孔結(jié)構(gòu),通過對(duì)陰極氧氣濃度、速度和電流密度的模擬仿真,說明了提出的結(jié)構(gòu)可以有效改善氧氣傳質(zhì)和提高電池性能。利用微精密加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了有效面積為8mm×8mm的自呼吸微型直接甲醇燃料電池,室溫下測(cè)試顯示,當(dāng)甲醇溶液濃度為1mol/l,流速為1ml/min時(shí),最大輸出功率達(dá)到11mw/cm2,為便攜式微能源系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

聚合物填料復(fù)合材料以其低廉的成本、簡(jiǎn)便的成型工藝、良好的氣密性和耐腐蝕性而被認(rèn)為是直接甲醇燃料電池(dmfc)雙極板的適用材料之一。本文對(duì)模壓成型的聚合物填料復(fù)合材料進(jìn)行了測(cè)試。四探針測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果顯示材料的導(dǎo)電性良好,并且沿厚度方向的電導(dǎo)率高于沿平面方向的電導(dǎo)率。模擬dmfc陽(yáng)極和陰極的內(nèi)部環(huán)境以檢驗(yàn)材料的耐腐蝕性,結(jié)果表明,該材料在dmfc的工作環(huán)境中無明顯腐蝕現(xiàn)象。材料的氣密性極佳。此種復(fù)合材料滿足dmfc對(duì)于低成本雙極板的要求。

electrochemicalimpedancespectroscopy(eis)iswidelyusedinfuelcellimpedanceanalysis.however,forohmicresistance(rω),eishassomedisadvantagessuchaslongtestperiodandcomplexdataanalysiswithequivalentcircuits.therefore,thecurrentinterruptionmethodisexploredtomeasurethevalueofrωindirectmethanolfuelcells(dmfc)atdifferenttemperaturesandcurrentdensities.itisfoundthatrωdecreasesastemperatureincrease,anddecreasesinitiallyandthenincreasesascurrentdensityincreases.theseresultsareconsistentwiththosemeasuredbytheeistechnique.inmostcases,theohmicresistanceswithcurrentinterruption(rir)arelargerthanthosewitheis(reis),butthedifferenceissmall,intherangefrom–0.848%to5.337%.theerrorsofrirathighcurrentdensitiesarelessthanthoseofreis.ourresultsshowthattherirdataarereliableandeasytoobtaininthemeasurementofohmicresistanceindmfc.

日本利用多孔玻璃電解質(zhì)開發(fā)直接甲醇燃料電池

以微機(jī)電制程制作微型燃料電池為研究基礎(chǔ),討論了集電板開孔率、燃料對(duì)流方式、以及電池組裝時(shí)鎖緊力對(duì)性能之影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相同開孔率集電板,電池性能隨集電板開孔數(shù)增加而提升;強(qiáng)制對(duì)流方式的單電池比較適合高電流密度輸出使用,而自然對(duì)流式電池較適合低電流長(zhǎng)時(shí)間輸出使用;電池組裝之鎖緊力必須在不使流道結(jié)構(gòu)變型的情況下增加才能有效提升其性能;由于pdms基材有比較少的積水現(xiàn)象,因此pdms基材單電池比硅基材更適合用在自然對(duì)流式微型燃料電池上。

微質(zhì)子交換膜燃料電池是新型綠色能源的優(yōu)選,雙極板是其關(guān)鍵部件,但是微尺度下的雙極板精密成形很困難,對(duì)現(xiàn)有成形方法提出了挑戰(zhàn)。針對(duì)304不銹鋼雙極板提出了累積成形方法,即采用和流道形狀對(duì)應(yīng)的微模頭對(duì)金屬板料進(jìn)行下壓,按照流道走向和成形軌跡對(duì)板料進(jìn)行局部變形和擠壓的累積作用,達(dá)到實(shí)現(xiàn)整個(gè)雙極板成形的目的。同時(shí)進(jìn)行了累積成形的成形過程研究,分析了直流道形狀的304不銹鋼雙極板的成形規(guī)律,獲得了不同垂直下壓量情況下的板厚變化和流道深度回彈率的影響規(guī)律。

建立了聯(lián)合系統(tǒng)的太陽(yáng)能光伏陣列、燃料電池、電解槽、蓄電池等模塊的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行matlab/simulink仿真模擬,重點(diǎn)模擬了在1kw光伏條件下,蓄電池、燃料電池以不同功率(0w/1000w,200w/800w,500w/500w,800w/200w,1000w/0w)分配時(shí),輸出功率特性以及各個(gè)情況下的費(fèi)用問題,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,可知蓄電池、燃料電池按照200w/800w功率分配時(shí),其效率、費(fèi)用總體優(yōu)于其他方案。

韓國(guó)開發(fā)出微型燃料電池

固體氧化物燃料電池(sofc)利用金屬陶瓷作陽(yáng)極材料,具有能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料適用性強(qiáng)和無腐蝕等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今一種先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換裝置。本文分析了固體氧化物燃料電池在電解質(zhì)和電極材料方面的性能和特點(diǎn),研究了金屬陶瓷陽(yáng)極材料及sofc單電池的伏安特性和性能,探討了固體氧化物燃料電池的應(yīng)用和發(fā)展前景。

燃料電池課件 (2)

燃料電池課件

陶瓷燃料電池

以熱塑性聚丙烯樹脂(pp),天然鱗片石墨(ng)為主要原料,采用模壓工藝制備了ng/pp復(fù)合雙極板,考察了不同模壓壓力、模壓時(shí)間對(duì)雙極板性能的影響。

今年1月,社交媒體上流傳著電池續(xù)航時(shí)間達(dá)到一周的iphone亮相ces（國(guó)際消費(fèi)電子展）的消息,以及續(xù)航時(shí)間是電池型號(hào)6倍的氫燃料電池?zé)o人機(jī)的圖片,這表明智能手機(jī)和筆記本電源系統(tǒng)即將迎來燃料電池革命。這兩則消息的中心是一項(xiàng)神奇的能源技術(shù)：微型燃料電池。

雙極板是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的關(guān)鍵零部件之一。不銹鋼材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、體相電導(dǎo)和熱導(dǎo)優(yōu)良,容易制成薄板并沖壓加工成型的特點(diǎn),滿足燃料電池對(duì)高體積比功率雙極板的諸多要求,但是其大規(guī)模應(yīng)用還需要材料表面能在燃料電池操作條件下具有高耐腐蝕能力和低界面接觸電阻。對(duì)材料進(jìn)行表面改性是解決該問題的途徑之一?？偨Y(jié)了近年來不銹鋼表面改性處理的研究進(jìn)展,分析了氧化物基、金屬基、碳/氮化物基、碳基和導(dǎo)電高分子基等涂層的改性效果,并對(duì)相應(yīng)改性不銹鋼雙極板在燃料電池中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板表面改性研究

采用改良的固相反應(yīng)法制備了n(ni):n(fe)分別為8:2、6:4和5:5的ni-fe氧化物,然后與組成為70%ce_(0.8)sm_(0.2)o_(1.9)(sdc)-30%(0.53li/0.47na)_2co_3的氧化鈰-碳酸鹽復(fù)合物(ccc)按1:1的體積比混合作為以ccc為電解質(zhì)的低溫陶瓷燃料電池的復(fù)合陽(yáng)極材料,并對(duì)其微結(jié)構(gòu)、物相和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明:經(jīng)氫氣還原后該復(fù)合陽(yáng)極獲得良好的微結(jié)構(gòu),其中n(ni):n(fe)為8:2的復(fù)合陽(yáng)極的孔隙分布最均勻;以氫氣為燃料時(shí),采用nife-ccc復(fù)合陽(yáng)極和ccc電解質(zhì)的單電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,其中采用n(ni):n(fe)為8:2的復(fù)合陽(yáng)極的燃料電池性能最佳,在600℃下輸出功率密度高達(dá)0.724w·cm~(-2),以甲醇為燃料時(shí),采用該復(fù)合陽(yáng)極的燃料電池在600℃下的輸出功率密度達(dá)到0.387w·cm~(-2)。

采用真空浸漬結(jié)合模壓的方法,選取乙烯基酯樹脂(ve)和膨脹石墨(eg)板材為原料制備復(fù)合雙極板?？疾炝宋⒂^結(jié)構(gòu)以及成型壓力對(duì)雙極板材料的導(dǎo)電性能、密封性能、機(jī)械性能以及表面親/憎水性的影響。結(jié)果表明:隨著成型壓力的增加,雙極板的電阻下降;雙極板的氣體密封性優(yōu)異,其滲透率低于2×10-6cm~3/(s·cm~2),相對(duì)于原始eg板材降低了3個(gè)數(shù)量級(jí);復(fù)合雙極板有很高的表面能,與水的接觸角均大于90°,這有利于電池內(nèi)部液態(tài)水的排出。此外還研究了雙極板在模擬燃料電池環(huán)境下的腐蝕行為,并利用性能最優(yōu)的復(fù)合雙極板組裝成單電池,進(jìn)行性能測(cè)試,當(dāng)電流密度達(dá)到1500ma/cm~2時(shí),其功率密度可達(dá)到最大值670mw/cm~2。并且經(jīng)200h運(yùn)行后,電池性能仍然穩(wěn)定。因此,乙烯基酯樹脂/膨脹石墨復(fù)合材料是一種有前景的雙極板材料。

敘述了一種實(shí)用的燃料電池廣義內(nèi)阻在線測(cè)量方法。此方法是一種軟測(cè)量方法,計(jì)算簡(jiǎn)單,并根據(jù)電堆實(shí)際運(yùn)行情況,對(duì)模型進(jìn)行在線校正,因此所獲得的廣義內(nèi)阻及其模型包含電堆運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息,便于對(duì)電堆進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、故障檢測(cè)和工程電路分析。

采用玻璃水淬和粉末燒結(jié)技術(shù)制備了mgo-cao-al2o3-sio2微晶玻璃,用作封接材料;并對(duì)其差熱性能(dta)、晶相結(jié)構(gòu)(xrd)和熱膨脹性進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明:玻璃系統(tǒng)中隨著氧化鈣逐步替換氧化鎂,其熱膨脹系數(shù)在2.0-3.1×10-6k-1之間;當(dāng)氧化鎂與氧化鈣質(zhì)量比為12:4時(shí),玻璃的析晶活化能最小,為263.3kj/mol;討論了熱膨脹系數(shù)對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系。

綜述了鎵酸鑭基陶瓷燃料電池電極材料的研究進(jìn)展,對(duì)目前廣泛研究的ni負(fù)極材料研究中存在的問題和改進(jìn)研究進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,評(píng)述了摻雜lamno3等正極材料與鎵酸鑭電解質(zhì)的化學(xué)相容性以及今后電極材料的發(fā)展方向．

綜述了燃料電池的發(fā)展趨勢(shì),指出平板型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。推薦8yzro2電解質(zhì)的制造工藝和國(guó)外典型的封接技術(shù)。