阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能影响研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其能量密度高、环境友好、结构简单和储存携带方便等优点在便携式产品领域得到广泛关注。流场结构设计是否合理是影响燃料电池输出性能的关键因素之一。本文采用非均衡流场的设计思路,对比了非均衡蛇形流场和均衡蛇形流场的DMFC输出性能。实验结果表明,非均衡蛇形流场结构能够提高DMFC的输出性能,当DMFC水平放置时,非均衡蛇形流场的DMFC峰值功率比均衡蛇形流场的DMFC提高33%左右;均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能比水平放置时有明显提高,而非均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能与水平放置时相差不多。     

基于模糊辨识的燃料电池建模

通过分析直接甲醇燃料电池(DMFC)的组成结构、工作原理，运用电化学、流体动力学、热力学等学科理论，建立DMFC电池性能数学模型，并根据DMFC实验数据进行了仿真。由于数学模型具有复杂性，难以满足工程上对DMFC控制系统的设计，特别是实时控制需要的情况，因此采用一种基于在线辨识的模糊预测算法对DMFC电堆进行建模。结果表明，这种数学建模是合理和可行的，对直接甲醇燃料电池控制系统的建模和控制具有一定的实用价值。     

直接甲醇燃料电池测试系统的搭建与调试

为了系统研究直接甲醇燃料电池的电性能,以及电池的传热传质现象、气液两相流规律,设计并搭建了用于测试液态进料直接甲醇燃料电池的实验系统。文中简要介绍整个实验系统,并详尽给出实验系统的调试方法。整个实验系统可根据要求调整工况,可配合可视化系统对不同工况下直接甲醇燃料电池的气液两相流进行研究。     

基于ANFIS的DMFC温度建模和改进模糊控制

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)的实时控制要求,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)对DMFC系统的工作温度进行建模与控制.基于实验数据建立DMFC电堆温度模型,避免了DMFC电堆的内部复杂性分析.以训练好的网络模型作为DMFC控制系统的参考模型,采用一种改进的模糊遗传算法(FGA)在线对神经模糊控制器的参数和模糊规则进行自适应调整.将所提出的算法与非线性PID和传统模糊算法进行实验比较,结果表明所设计的神经模糊控制器具有较好的性能.     

固相反应法制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）由于具有燃料来源丰富、价格低廉、易于携带储存等优点,近年来一直是世界上许多国家研究和开发的热点[1].但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索寻找新的液体燃料以替代有毒性的甲醇.其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作为替代甲醇作DMFC的燃料.乙醇的电催化氧化已被众多的研究者从电催化和乙醇燃料电池的角度进行了广泛研究[2-7].其中,对乙醇电催化氧化活性较好的有pt[2-4]、pt-Ru[6-7]、Pt-Pd[5]和Pt-Mo[7]等催化剂.我们研究组报道了用固相反应法制得的Pt催化剂对甲醇氧化的电催化活性要优于用常规液     

直接甲醇燃料电池的数学建模与神经网络辨识建模

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)非线性系统建模问题,提出了两种不同的建模方法(1)采用电化学、流体动力学、热力学等理论,建立了DMFC电池性能数学模型;(2)利用改进型BP神经网络建立DMFC电池性能辨识模型.结合DMFC实验数据进行仿真测试,结果表明这两种建模方法均合理、有效,建立的模型精度较高,从而为设计DMFC在线控制器奠定了基础.     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt—TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶－凝胶法了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈出了很好的电催化活性和稳定性,研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响,这种催化剂有望能在DMFC实际使用。     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt-TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶?凝胶法制备了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈现出了很好的电催化活性和稳定性.研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响.这种催化剂有望能在DMFC实际使用.     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

燃料电池的模糊神经网络辨识建模与电压控制

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)输出电压易受电池负载变化影响的问题,提出了利用模糊神经网络辨识技术建立DMFC的电特性模型.基于该辨识模型,设计了一个自适应模糊神经电压控制器,其参数采用改进的BP算法进行在线修正.仿真结果表明,对DMFC采用辨识建模的方法是有效的,建立的模型精度较高,所设计的自适应模糊神经电压控制器性能优越.     

Operational and structural aspects of a vapor-feed semi-passive direct methanol fuel cell supplied with concentrated methanol

Direct methanol fuel cell （DMFC） has great potential to replace the traditional battery in the field of portable power sources. This study investigates the operational and structural aspects of a vapor-feed semi-passive DMFC supplied with concentrated methanol. The effec tiveness of using vaporous methanol to improve the cell performance is experimentally validated. Results indicate that there exits an optimal value of methanol concentration that favors both methanol supply and control of methanol crossover （MCO）. With the increase in vaporization temperature, the cell performance can be enhanced. Based on the traditional structural design, a sintered porous metal plate is further used to depress the impact of MCO so that the cell performance can be significantly improved at a relatively higher methanol concentration. This is of great importance to enhance the energy density and operating duration for portable applications. The mechanisms related to the performance behaviors are discussed in detail.     

Bi掺杂的直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

发展可替代能源对缓解全球能源问题具有重要意义。直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC) 因其工作温度低、能量密度高以及污染物排放少等特性,正逐渐成为最有发展前景的便携式能源技术之一。目前,其商业化进程主要取决于甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction,MOR) 的动力学快慢、催化剂的成本和寿命。Bi元素的掺杂可以极大地提高甲醇电催化氧化的性能,并且可以提高阳极催化剂抵抗CO中毒的能力。介绍了掺杂Bi的贵金属和非贵金属阳极电催化剂,以及贵金属掺杂Bi₂O₃、Bi₂WO₆ 等光辅助电催化剂;综述了它们提高甲醇电催化氧化性能的机制,并展望了阳极Bi电催化剂在DMFC中所面临的机遇和挑战。     

代替甲醇作为直接燃料电池燃料的有机物研究进展

发展直接甲醇燃料电池，要面对不少困难，所以有必要寻找其他有机物代替甲醇作为直接醇类燃料电池的燃料．综述了可代替甲醇作为直接醇类燃料电池燃料的有机物，主要有乙醇和多羟基醇．其中乙醇是人们最感兴趣的有机物，是可再生、环保型能源．乙二醇是多羟基醇类中最简单的醇，具有较高的化学能／电能转换率．     

磺化聚醚醚酮(sPEEK)/SiO2杂化质子交换膜的制备与表征

为提高磺化聚醚醚酮(sPEEK)质子交换膜的耐甲醇渗透性能,用正硅酸乙酯为前驱体制得硅溶胶,在sPEEK中原位生成SiO2,制备了直接甲醇燃料电池用sPEEK/SiO2杂化质子交换膜材料,用核磁共振(1H-NMR)和Fourier红外光谱(FT-IR)表征了膜的化学结构,用扫描电子显微镜(SEM)观察了sPEEK与SiO2的复合形态,用交流阻抗仪和气相色谱仪分别测定了膜的质子传导率和甲醇渗透系数。实验结果表明,在质子传导率没有严重降低的同时,杂化膜的阻醇性得到了较好的改善。     

Silicon-based micro direct methanol fuel cell with an N-inputs-N-outputs anode flow pattern

A micro direct methanol fuel cell(μDMFC) is suitable for use in notebook computers,mobile phones,and other digital products.To resolve the poor mass-transport efficiency problem in the anode flow channel,this paper presents an N-inputs-N-outputs parallel flow pattern with rectangular convexes to reinforce methanol mass transport and reduce concentration polarization.The simulation results show that the N-inputs-N-outputs parallel flow channels with the rectangle convexes improve the performance.μDMFCs,which have four anode flow patterns,are fabricated using MEMS(microelectromechanical systems) technology.The experimental results show that the μDMFC with the rectangle convexes has a performance better than previously reported systems,and has a peak power density of 19.96 mW/cm2.The simulation and experimental results are in good agreement.     

直接甲醇燃料电池双极板冷却通道的热设计

将单个直接甲醇燃料电池的固体骨架看成开口系统,燃料电池稳定运行时的热负荷由阳极反应、阴极反应和甲醇直接氧化反应产生的3部分热量组成,利用热力学原理将其计算.在双极板上设置平行的冷却通道,将电池电化学反应产生的热量及时排出,有利于燃料电池的稳定运行.根据燃料电池中燃料、氧化剂的流向和冷却通道内冷却水流向的不同,冷却水和壁面的换热分别在恒热流密度和恒壁温热边界条件下进行.计算了2种情况下冷却通道壁面的温度和换热系数.结果表明,前者的换热效果要比后者好,但是,后者保证了工作层面具有恒定的温度,更有利于直接甲醇燃料电池的稳定运行.     

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件（membrane electrode assembly,MEA）设计并制作被动式直接甲醇燃料电池（directmethanol fuel cell,DMFC）．钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafionll7作为质子交换膜．PtRU／XC-72R作为阳极催化剂,Pt／XC-72R作为阴极催化剂．被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作．密封元件采用硅胶片制作．紧固件选用标准件．在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液．测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能．结果表明：当电解液中甲醇浓度从0．5mol／L经过1．0mol／L增大到1．5mol／L时．基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1．0mol／L。电池功率密度峰值为3．91mW/cm2．