阳极流道具有微孔阵列的被动式纸基微流体燃料电池性能特性

纸基微流体燃料电池利用纸多孔介质内毛细渗流实现了阴阳极反应物被动输运和自然分隔,去除了质子交换膜和微泵,是基于电化学反应的新一代纸基微流控芯片理想的新型微型电源.针对常规纸基微流体燃料电池存在的燃料传质限制,本文提出阳极流道具有微孔阵列的新型电池结构,利用微孔阵列强化燃料的对流/扩散传质提高电池性能,研究了阴阳极间距、电极长度、燃料浓度及电解液浓度对电池性能特性的影响.研究结果表明,阳极流道内微孔阵列能够强化燃料传质并降低离子传输阻力,使得阳极流道具有微孔阵列的纸基微流体燃料电池最大功率密度提高41.2%;减少阴阳极间距有利于降低离子传输阻力,而且阴极电解液流速大于阳极电解液流速,抑制了燃料渗透,使得电池性能提升;电池性能随燃料和电解液浓度上升先升高后降低.当阴阳极间距为1.0 mm,电极长度为5.0 mm,燃料和电解液浓度均为2.0 mol/L时,电池性能达到最优,其最大功率密度为29.7 mW/cm².