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微型直接甲醇燃料电池组的建模与分析

作　者: 黄思腾
导　师: 张宇峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 微型直接甲醇燃料电池组等效电路模型操作参数
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着微电子技术的飞速发展，便携式电子设备的芯片体积越来越小，但由于无线网络在日常生活中的普及，电子设备的耗电量却与日俱增，因此便携式微小型储能设备成为能源研究领域的研究重点。在众多供能设备中，直接甲醇燃料电池因为具有结构简单易于集成化、燃料来源广泛、产物无污染、启动速度快等优点而成为最有可能实现商业化的可移动能源之一。为了满足用电器的功率需求，直接甲醇燃料电池在应用中往往通过级联的方式而形成电池组。通过建立模型的方式对微型直接甲醇燃料电池组进行研究，可以更深入地了解电池组内部的反应和变化，这不但可以节省结构优化的时间和成本，还可以通过对操作参数的分析选择效率更高的工作环境，因此建模在电池组的研究过程中意义重大。本文通过对直接甲醇燃料电池结构和工作原理的深入研究，利用理化公式描述了电池组内部的物质传输、能量传递和电化学反应等过程，并通过对公式的推导和计算实现了对电池组的等效，建立了电池组的等效电路模型，通过理论模型和实验数据对等效电路模型进行了修正和验证，利用等效电路模型分析了反应物（甲醇和氧气）浓度、工作温度等操作参数对电池组性能的影响。结果表明：增加反应物浓度可以显著提升电池组的性能，但提高甲醇浓度会增大甲醇渗透量，造成燃料的损失；提高工作温度不但可以提升电池组性能，还可以改变催化层上甲醇传质过程从而提升电池的工作效率；燃料浓度不足时，电池组易产生“反极”现象，单节电池的不可逆失效会导致电池组输出性能的大幅下降；封装压力直接决定了电池组接触电阻的大小，而接触电阻的阻值对电池组输出性能有很大影响，因此在电池组的组装过程中应适当增大封装压力。

微型直接甲醇燃料电池组的建模与分析

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