高性能被动式微型直接甲醇燃料电池的设计及制作

对一种被动式微型直接甲醇燃料电池进行了设计、制作及测试.利用微模具成型工艺,以ABS为基底材料制作了电池双极端板.采用200 μm厚的不锈钢薄片作为集电极,利用激光切割技术制作进料通道,并在集电极两侧溅射金层以防止电化学腐蚀.有效面积为0.49 cm2的膜电极则采用催化剂覆盖电解质膜的方法制备而成.测试结果表明,室温环境下(25℃)该被动式微型直接甲醇燃料电池在甲醇浓度为6 mol/L时最大功率密度可达22.14 mW/cm2.该性能对于被动式直接甲醇燃料电池的便携式高性能应用具有较大意义.     

紫外固化技术在微型直接甲醇燃料电池封装中的应用

为了提高燃料电池的有效面积比并减少封装用时,采用紫外固化技术成功封装了微型直接甲醇燃料电池.首先基于非硅MEMS工艺制作了带有封装孔的燃料电池集流板,然后组装燃料电池并在封装孔和两集流板间缝隙中注入紫外固化胶,最后用紫外灯照射30s完成封装.实验结果显示,电池在室温、全被动、3mol/L甲醇的条件下,峰值功率密度为2.1mW/cm^2,内阻为800mΩ.cm^2.这说明紫外固化封装技术对微型直接甲醇燃料电池来说是一种有效的方法,并有望应用于其他MEMS器件的封装.     

基于MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池的设计与制作

研制了一种硅基微型直接甲醇燃料电池,其具有结构简单、质量轻、体积小以及比能量密度高等特点对点型、螺旋蛇型和栅型等流场结构进行优化设计模拟,从而为燃料电池极板设计提供可靠的依据．利用MEMS技术完成了这种微型直接甲醇燃料电池的制作,在对不同流场结构的实验研究中,发现栅型流场结构的微型直接甲醇燃料电池性能要好于其他流场结构,这与仿真结果一致．在常温下,当甲醇溶液物质的量浓度为1．5mol／L时,微型直接甲醇燃料电池最大输出功率密度为5．9mW／cm^2．     

新型燃料电池用质子交换膜研究进展

传统的全氟磺酸膜Nation、Dow质子交换膜、Flemion等目前在质子交换膜燃料电池中的应用最为广泛，但在高温条件下以氢或甲醇作为燃料的燃料电池中，其性能受到一定的影响，且这类膜价格昂贵，不利于推广应用，阻碍了燃料电池的商业化进程。因此，开发一种新型的价格低廉、性能良好的膜是推广应用此类电池的关键。本文简要介绍了目前各国研究的应用于高温条件下(100～160℃)质子交换膜燃料电池与直接甲醇燃料电池中的新型膜。对它们的质子传导率、甲醇渗透率等性能进行了分析比较。     

微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构

针对微型直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极传质效率低和性能差等问题,对DMFC阳极流场结构进行了研究.利用MEMS技术实现了具有点形、平行和蛇形等阳极流场结构的硅基自呼吸式DMFC,测试对比结果表明单蛇形流场结构性能要优于其他几种流场;另外,对单蛇形流场结构参数进行了优化,结果表明当流道宽度∶脊的宽度∶流道长度为2∶3∶254时,电池性能达到最佳.在此基础上,为了改善反应物到催化层的传质效率和提高性能,提出了一种渐缩式单蛇形流场结构,其电池最大输出功率密度达到15.41 mW/cm2,比传统等宽式单蛇形流场提高了将近35%,为便携式微能源系统的应用开发奠定了基础.     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion(R)/SiO2 复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时,质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象,这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍.由于Nafion(R)/SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力,人们通过溶胶-凝胶法或重铸法合成了Nafion(R)/SiO2复合膜,并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中.简单介绍了Nafion(R)/SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况,并分析了存在的问题和其广阔的应用前景.     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion®/SiO2 复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时,质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象,这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍.由于Nafion(R)/SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力,人们通过溶胶-凝胶法或重铸法合成了Nafion(R)/SiO2复合膜,并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中.简单介绍了Nafion(R)/SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况,并分析了存在的问题和其广阔的应用前景.     

环境对自呼吸式MEMS微型H2/空气质子交换膜燃料电池的影响

利用MEMS技术制备了一种自呼吸式微质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用点蛇混合结构,阴极采用双层镂空微流场结构,阴极靠近膜电极侧微孔尺寸从5～50m不等。鉴于自呼吸式电池的性能受环境的影响很大,本文着重研究了环境湿度和温度对电池性能的影响。结果表明阴极微孔尺寸为11m和15m的电池孔径适度,在环境20℃、30%-70%RH时两电池的极限电流密度(Jmax)和峰值功率密度(Pmax)均表现出较高值,性能良好;阴极微孔尺寸为11m的电池在空气维持50%RH下,温度由10℃升到40℃时Pmax逐渐增大,增幅达14.9%;若不维持空气湿度而改变温度,则温度由10℃升高到40℃时Pmax先增大后减小,20℃时达最大。     

高温质子交换膜燃料电池用Nafion／SiO2复合膜研究进展

传统的质子交换膜燃料电池在高温下工作时，质子膜会因温度升高而发生脱水和膜电阻升高的现象，这对提高燃料电池的工作性能是一个致命的阻碍．由于Nafion／SiO2复合膜具有较好的吸水和保水性能和较好的阻止甲醇渗透的能力，人们通过溶胶一凝胶法或重铸法合成了Nafion／SiO2复合膜，并于高温(80～140℃)下应用在质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池中．简单介绍了Nafion／SiO2复合膜的制备方法、结构性能及研究情况，并分析了存在的问题和其广阔的应用前景．     

被动式自呼吸微型直接甲醇燃料电池组的结构设计

随着社会的发展与进步,具有便携式及可移动性概念的电子产品迅速发展,人们迫切需要能为这些电子产品供电的,具有简单结构、能量密度更高的电源.直接甲醇燃料电池具有低污染、高效率、燃料补充方便且安全性高、结构简单、质量轻、体积小、比能量密度高、容易操作等优势,所以它更适宜成为便携式电子装置的理想动力源.本文采用微机械加工技术制作了新型结构的被动式自呼吸微型直接甲醇燃料电池组,每个单体电池的有效面积为2cm×2cm,在室温条件下,阳极供给浓度为2M甲醇时,电池组开路电压为3.676V,短路电流为153.5mA,最大输出功率为128mW.     

扩散层PTFE载量对被动式直接甲醇燃料电池性能的影响

在被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)的扩散层中,处理好水、气、电子的通道对电池性能有着十分重要的作用.本研究分别用质量百分比浓度为10%、20%、30%、40%的PTFE乳液进行疏水处理的碳布组装成被动式DMFC以及测试系统.通过稳态电流-电压极化曲线法和交流阻抗法,研究了扩散层中的不同PTFE载量对被动式DMFC电化学性能的影响.研究结果表明,电池开路电压随着阳极扩散层中PTFE载量的增加而上升,电池内阻也随着扩散层中PTFE载量的增加而增加.在阳极,电池性能随着扩散层中PTFE载量的增加而下降,在阴极,用10%PTFE乳液处理的碳布对被动式DMFC性能表现最好.     

直接甲醇燃料电池复合双极板材料性能测试

聚合物 填料复合材料以其低廉的成本、简便的成型工艺、良好的气密性和耐腐蚀性而被认为是直接甲醇燃料电池(DMFC)双极板的适用材料之一。本文对模压成型的聚合物 填料复合材料进行了测试。四探针测试仪的测试结果显示材料的导电性良好,并且沿厚度方向的电导率高于沿平面方向的电导率。模拟DMFC阳极和阴极的内部环境以检验材料的耐腐蚀性,结果表明,该材料在 DMFC的工作环境中无明显腐蚀现象。材料的气密性极佳。此种复合材料满足DMFC对于低成本双极板的要求。     

基于自适应模糊神经网络的DMFC温度建模和控制

针对DMFC电堆的实时控制要求，应用自适应模糊神经网络技术对DMFC电堆的工作温度进行辨识建模和控制。在温度控制过程中，将训练好的网络模型作为DMFC电堆控制系统的参考模型，并对控制模型的参数进行在线自适应调整。仿真结果表明所设计的自适应模糊神经控制器性能优越。     

TiO_2纳米材料在直接甲醇燃料电池阳极催化剂中应用的研究进展

阳极催化剂是影响直接甲醇燃料电池(DMFC)性能及成本的主要因素,本文综述了TiO_2纳米粉体、TiO_2纳米管和TiO_2纳米纤维及其复合材料在DMFC阳极催化剂中应用的研究进展,并对其作用、对催化剂活性的影响机理等进行简要分析,展望了其应用前景。     

一种新型含氟含芴聚芳醚酮质子交换膜的合成和表征

以双酚芴、十氟联苯和磺化二氟酮为单体,合成磺化含氟聚芴醚酮(Sulfonated-fluo-rinated fluorene-containing poly(arylene ether ketone)s,SFPEEK).SFPEEK可溶于极性有机溶剂,具有较高的黏度,易于浇铸形成柔韧透明的薄膜.用其制成的质子交换膜表现出良好的热稳定性和抗水解、抗氧化性能.在相同测试条件下,SFPEEK膜具有与杜邦公司Nation 117膜相当的质子电导率,同时,具有比Nafion 117更好的耐甲醇渗透性能.直接甲醇燃料电池(DMFC)单池测试表明,放电到0.2 V时,用SFPEEK膜制备的单池电流密度可达66 mA/cm2,电池性能优于相同条件下用Nafion117膜组装的单池(电流密度60 mA/cm2).     

Study of the monopolar RWG and monopolar n×RWG basis functions for electromagnetic scattering analysis

In this paper, we study the accuracy and the efficiency of the monopolar divergence-conforming Rao–Wilton–Glisson (RWG) and the monopolar curl-conforming n×RWG basis functions for the magnetic field integral equation (MFIE). Similar to cases using RWG and n×RWG basis functions for the MFIE, there are two impedance matrix elements calculation schemes if the monopolar RWG and monopolar n×RWG basis functions are used to the MFIE, respectively. The monopolar basis functions and the implementation schemes used for the MFIE are discussed. The scattering cross section data as well as the CPU time needed to fill the corresponding impedance matrix obtained from numerical solutions of these implementation schemes using monopolar basis functions are investigated. For the monopolar basis functions and the implementation schemes considered, the first scheme of the MFIE using the monopolar curl-conforming n×RWG basis functions gives most accurate results and it is the best choice for the use of the monopolar basis functions to the MFIE.