学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

微型直接甲醇燃料电池的性能模拟与分析

作 者: 裘俊
导 师: 刘晓为
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 直接甲醇燃料电池 稳态数学模型 模拟分析
分类号: TM911.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 36次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


直接甲醇燃料电池是直接利用甲醇水溶液作为燃料,氧或空气作为氧化剂的一种燃料电池,其具有低污染、高效率、燃料补充方便且安全性高等优点,适宜成为笔记本电脑、手机等便携式电子产品的小型移动电源供应系统。为了深入理解发生在直接甲醇燃料电池中的物理化学现象和限制其性能的各因素,本文建立了沿着膜电极厚度方向的稳态数学模型进行数值模拟分析,从而确定理想的结构设计和操作条件。本文首先综述了直接甲醇燃料电池数学模型的国内外研究现状,详细阐述了微型直接甲醇燃料电池各组件的工作机理,并建立了相应的模型。其中多组分气相扩散现象是以Maxwell-Stefan方程来描述的;假定模型内的燃料为粘性不可压缩流体,用Navier-Stokes方程来描述其基本传输;质子在多孔材料中的传递现象以Nernst-Plack方程来描述;多孔介质内的流体流动采用修正的Schlogl方程来描述;电池内部电化学反应采用Butler-Volmer方程来描述。本文对直接甲醇燃料电池微流场结构进行仿真分析,为电池极板设计提供了可靠的依据。对直接甲醇燃料电池在不同操作条件下对其性能的影响进行了模拟分析,研究中发现以下性质:工作电流密度较小时,电池操作温度越高性能越差,而工作电流密度较大时,电流操作温度越高性能越好;阴极侧空气进料压力越大其性能越好;甲醇浓度在2molL-1时,输出功率密度最大;催化层和扩散层的孔隙率的大小影响着极限电流密度。最后将理论结果与实验数据进行了比较,进一步验证了模型的准确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 国内外在该方向的研究现状  10-18
    1.2.1 DMFC模型研究的主要单位及其主要工作  10-11
    1.2.2 DMFC模型的分类及发展特点  11-14
    1.2.3 目前燃料电池仿真的主要软件  14-17
    1.2.4 DMFC研究面临的问题  17-18
  1.3 研究目的和意义  18-19
  1.4 课题研究内容  19-20
第2章 微型直接甲醇燃料电池的基本理论  20-30
  2.1 直接甲醇燃料电池的结构与工作原理  20-23
    2.1.1 直接甲醇燃料电池的结构  20-21
    2.1.2 直接甲醇燃料电池的工作原理  21-23
  2.2 燃料电池的基本理论  23-29
    2.2.1 燃料电池的电动势  23
    2.2.2 燃料电池的传输机理  23-26
    2.2.3 燃料电池的极化分析  26-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章 直接甲醇燃料电池模型的建立  30-39
  3.1 模型介绍  30-31
  3.2 模型的控制方程  31-38
    3.2.1 阳极传质过程  31-34
    3.2.2 阴极传质过程  34-35
    3.2.3 质子交换膜  35-36
    3.2.4 电荷传质  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章 模拟结果与讨论  39-52
  4.1 数值模拟的方法  39
  4.2 流场流动性能的比较  39-42
  4.3 不同参数对电池性能的影响分析  42-49
    4.3.1 甲醇浓度的影响  42-44
    4.3.2 工作温度的影响  44-45
    4.3.3 操作压强的影响  45-46
    4.3.4 扩散层厚度的影响  46
    4.3.5 催化层厚度的影响  46-48
    4.3.6 催化层孔隙率的影响  48-49
    4.3.7 扩散层孔隙率的影响  49
  4.4 理论模型与实验结果的比较  49-51
  4.5 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
附录  57-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

相似论文

  1. 直接醇类燃料电池Pt基催化剂的研究,TM911.4
  2. 直接甲醇燃料电池Pd基阴极催化剂的研究,O643.36
  3. 基于抽吸原理的空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的三维数值模拟,TM911.4
  4. 温热成形工艺技术在氧枪喷头产品中的应用研究,TF124.3
  5. 济二煤矿深部巷道支护技术及应用研究,TD353
  6. 燃料电池用质子交换膜材料的设计与开发,TM911.4
  7. 直接甲醇燃料电池阴极Co@Pt/C催化剂制备技术研究,TM911.48
  8. 改性TiO_2微球—高分子杂化膜及其质子传导和阻醇性能研究,TM911.4
  9. 卸荷作用下软黏土变形特性试验与数值模拟研究,TU447
  10. 高层建筑基础大体积混凝土温控与裂缝防治,TU755
  11. 哈尔滨城市住区日照环境分析及优化策略研究,TU984.12
  12. 弧底梯形混凝土衬砌渠道冻胀力学模型及数值模拟,TV331
  13. 红外加热炉操作界面设计及CFD分析,TG307
  14. 直接甲醇燃料电池金铂纳米复合催化剂的制备及研究,O643.36
  15. 闸门门槽受剪切性能试验研究,TV663
  16. 双喷嘴挡板伺服阀内部流场的数值模拟分析,TH137.5
  17. 茂县羊坪滑坡“5·12”地震触发机理研究,P642.22
  18. 泡沫钻井环空流体压力速度分析,TE21
  19. 基于功能化聚降冰片烯的质子交换膜的制备与性能,TM911.4
  20. 基于乙烯基加成型聚降冰片烯衍生物质子交换膜的制备及性能,TM911.4
  21. 微型桩桩基托梁挡土墙设计理论及应用,TU473.12

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
© 2012 www.xueweilunwen.com