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《吉林建筑大学》 2018年
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直接液体燃料电池性能优化数值模拟

孙天航  
【摘要】:直接甲醇燃料电池(DMFC)作为一种便携式高能电源,其具有广阔的市场前景,但是其市场化进程始终被几方面问题所阻碍,如甲醇渗透、甲醇电氧化动力学速度慢、阳极侧气液两相传质等。为缓解上述问题,相关人员展开了一系列科学研究。直接甲醇燃料电池工作时必会产生二氧化碳和水,阳极产物CO_2必须顺利从阳极流道排除,从而保证电池稳定工作。在阳极催化剂层中产生的CO_2基本为气相,且通过阳极通道排除。在CO_2气泡脱离过程中,CO_2气体在阳极通道和甲醇溶液产生很强的气液两相流,这将使得阳极通道产生较大压力降,引起性能下降,使DMFC研究更加困难。本课题基于DMFC的工作原理,结合质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程、组分守恒方程等,建立了气-液-固数学模型,旨在探寻DMFC的最佳工作状态。首先,通过COMSOL Multiphysics对DMFC运行情况进行仿真再现,分析了运行参数对DMFC性能造成的影响。其次,将磁场引入DMFC通过加速二氧化碳气泡剥离以提升电池性能。最后,以实验研究方式验证模拟分析结果。DMFC研究结果具体如下:(1)运用COMSOL Multiphysics对DMFC进行数值模拟分析,通过改变甲醇溶液进料温度、浓度及流量研究其性能变化。结果发现甲醇溶液进料浓度为2mol/L、温度为75℃时电池性能最佳,同时,电池性能会随甲醇溶液流量增加而提高。进而,对各个运行参数影响DMFC性能的原因进行了分析。(2)为了提高DMFC性能,将磁场引入其中,利用洛伦兹力加速二氧化碳气泡从阳极催化层表面剥离,使反应物与阳极催化剂表面物理阻隔得到明显缓解,电池性能提升10%。(3)建立性能测试实验台,通过实验对数值模拟分析结果进行验证。结果表明实验结果与模拟结果基本吻合,误差在5%以内,符合工程技术要求。本课题研究结果为优化电池性能、实现直接甲醇燃料电池稳定、高效运行提供了参考依据,对缓解其阳极侧两相流提供了一种新思路,对推广直接甲醇燃料电池技术应用具有重要意义。
【学位授予单位】:吉林建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM911.4

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘桂成;陈明;马连国;王新东;;直接甲醇燃料电池性能衰减分析[J];电池;2015年03期
2 胡青青;倪红军;李志扬;汪兴兴;;直接甲醇燃料电池中CO_2传质的研究[J];电源技术;2011年04期
3 丁玉栋;朱恂;廖强;李俊;王宏;;DMFC阳极CO_2气泡生长及脱离特性研究[J];工程热物理学报;2010年12期
4 何健烽;章渊昶;朱菊香;姚克俭;;直接甲醇燃料电池阳极通道内气泡行为[J];化工进展;2010年05期
5 索春光;刘晓为;张宇峰;张博;张鹏;王路文;;直接甲醇燃料电池膜电极的研究与进展[J];化学进展;2009年Z2期
6 肖潇;;氢能源:21世纪最大的能源革命[J];技术与市场;2009年07期
7 张瑜;;直接甲醇燃料电池[J];应用化工;2009年05期
8 林才顺;王新东;张红飞;王淑燕;马立军;;工艺参数对被动式DMFC电化学性能的影响[J];有色金属;2008年01期
9 朱恂;郑雪艳;丁玉栋;廖强;;直接甲醇燃料电池阳极两相流动可视化实验[J];电源技术;2007年11期
10 林才顺;张红飞;王淑燕;王新东;;直接甲醇燃料电池电化学性能[J];北京科技大学学报;2007年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方国亮;李吉昱;侯广亚;;棉花模板制备生物形态多孔Ni-Cu/C的微观结构及甲醇电催化氧化性能[J];石油化工应用;2018年03期
2 李微微;杨铁金;;直接甲醇燃料电池阳极催化剂PtCo/ZrO_2-RGO的制备及性能研究[J];齐齐哈尔大学学报(自然科学版);2017年06期
3 张丽红;高颖;隋旭磊;王振波;;Pt基阳极催化剂在直接甲醇燃料电池中的研究进展[J];炭素;2017年01期
4 汪兴兴;倪红军;朱昱;钱双庆;李志扬;;成型压力条件对钛网基膜电极组件性能的影响[J];电源技术;2016年12期
5 陈鹏;许红英;李玉庚;;焦炉煤气合成甲醇的技术进展[J];甘肃冶金;2016年02期
6 魏浩杰;姜颖;王慢想;刘桂成;;DMFC放电模式与性能稳定性研究[J];电池;2016年01期
7 曹振山;胡晓玮;郭烈锦;王晔春;;TiO_2一维纳米阵列电极表面氧气泡发展规律研究[J];工程热物理学报;2016年02期
8 郑仓晟;聂明;李庆;王宏煜;袁宇;刘晓卫;杜胜娟;刘其阳;王孝益;;AuPdPt-WC/C复合材料作为直接甲醇燃料电池阴极催化剂的性能研究[J];真空;2015年03期
9 谢裕智;冯小保;倪红军;黄明宇;;直接甲醇燃料电池及其关键技术[J];化工新型材料;2014年06期
10 陈茂军;楼白杨;倪忠进;徐斌;;Pt-Co/膨胀石墨的制备及其电催化性能[J];材料科学与工程学报;2014年02期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田哲;刘桂成;王萌;王新东;;磺化皂土改性直接甲醇燃料电池用Nafion膜[J];电池;2013年03期
2 刘桂成;田哲;王一拓;王新东;;放电电流密度对DMFC交流阻抗的影响[J];电池;2012年04期
3 张瑜;;直接甲醇燃料电池[J];应用化工;2009年05期
4 李相霖;何雅玲;苗政;李小跃;;直接甲醇燃料电池气、液相流动数值模拟[J];工程热物理学报;2008年03期
5 赵寅廷;刘冲;梁军生;徐征;;微型直接甲醇燃料电池CO_2气泡排除问题研究[J];传感技术学报;2008年02期
6 柯新;姚克俭;王良华;;壁面亲水性对DMFC阳极通道内气液两相流影响的数值模拟[J];化工进展;2008年02期
7 朱恂;郑雪艳;丁玉栋;廖强;;直接甲醇燃料电池阳极两相流动可视化实验[J];电源技术;2007年11期
8 廖强;朱小伟;朱恂;叶丁丁;丁玉栋;;质子交换膜燃料电池可视化研究进展[J];化工进展;2007年09期
9 唐志诚;吕功煊;;直接甲醇燃料电池阳极电催化剂[J];化学进展;2007年09期
10 齐亮;谢晓峰;徐景明;周其凤;;直接甲醇燃料电池中的涉水传递现象及数值模拟[J];化学进展;2006年12期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪兴兴;倪红军;朱昱;钱双庆;佘德琴;;V形截面DMFC的设计、制作及测试[J];电源技术;2016年11期
2 苗青,曹广益,朱新坚;Two Models of DMFC under Effects of Cathode Humidification Temperature an d Anode Flow Rate[J];Journal of Shanghai Jiaotong University;2005年03期
3 宋树芹,梁振兴,周卫江,孙公权,辛勤;DMFC的阻甲醇渗透研究进展[J];电池;2004年04期
4 张健;尹鸽平;赖勤志;;直接甲醇燃料电池在笔记本电脑中的应用[J];电池工业;2007年03期
5 张淳;李新海;张云河;;DMFC甲醇渗透问题的研究进展[J];稀有金属;2006年03期
6 宋文生;王宇新;张玉清;;DMFC研究进展及影响其性能的主要因素[J];拖拉机与农用运输车;2006年01期
7 吴韬;齐亮;郭建伟;王要武;谢晓峰;唐有根;陈昊;;直接甲醇燃料电池在军事领域上的应用[J];兵工自动化;2007年01期
8 马文涛;唐浩林;潘牧;邬静杰;;酞菁类化合物用于DMFC催化剂的研究进展[J];电池;2007年05期
9 Peng Lim;;DMFC燃料电池便携式应用前景[J];电子产品世界;2009年01期
10 刘桂成;刘文兵;王慢想;王新东;;DMFC性能稳定性改善措施的探索[J];电池;2015年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙雪敬;孙海;杨林林;孙公权;;甲醇中异丙醇对DMFC性能的影响及缓解策略[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
2 李忠芳;王素文;于如军;张骞;樊彩霞;;含硫芳杂环卟啉配合物类DMFC催化剂的制备研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
3 强熙贵;刘娟英;王文明;田娟;郑丹;夏保佳;;无泵循环的微型直接甲醇燃料电池研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
4 汪国雄;孙公权;王琪;王素力;孙海;毛庆;辛勤;衣宝廉;;空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
5 金宝舵;王泽;王树博;王金海;谢晓峰;;直接甲醇燃料电池流场优化设计[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年
6 刘怡;周秀艳;吴明松;王野;刘畅;;直接甲醇燃料电池催化剂的研究现状[A];二氧化氯研究与应用进展——2017年全国水质安全与二氧化氯应用技术研讨会论文集[C];2017年
7 刘桂成;王萌;王一拓;田哲;王新东;;直接甲醇燃料电池技术研究进展[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2012年
8 Naibao Huang;Lishuang Xu;Wan Li;Chenghao Liang;Xiaoye Wang;Tianhang Sun;Min Sun;;Using Localized Electrochemical Impedance Spectroscopy (Leis) to Study the Effect of Loading Potential Variation on DMFC Anode Performance[A];第二届海峡两岸功能材料科技与产业峰会(2015)摘要集[C];2015年
9 方军;齐冬辉;宋洪峰;沈培康;;新型DMFC阻醇膜的性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
10 王翠芳;潘晓萍;郭永榔;;碳载铂电极上氧气还原反应的研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 ;为手持设备提供超强电力[N];网络世界;2005年
2 徐维正;直接甲醇燃料电池研究有突破[N];中国化工报;2006年
3 于洋 张兆军;直接甲醇燃料电池技术获多项突破[N];科技日报;2011年
4 王江霞;直接甲醇燃料电池技术获多项突破[N];中国石化报;2011年
5 王建高;直接甲醇燃料电池[N];中国石油报;2003年
6 于洋;直接甲醇燃料电池研究取得成果[N];中国化工报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于如军;管状直接甲醇燃料电池的研制及其建模与控制[D];上海交通大学;2006年
2 梁军生;微型直接甲醇燃料电池结构、工艺及阳极气液输运研究[D];大连理工大学;2007年
3 孙灵俊;被动式μDMFC极板加工工艺及应用研究[D];大连理工大学;2011年
4 袁伟;被动式直接甲醇燃料电池结构优化设计及作用机理研究[D];华南理工大学;2012年
5 朱应利;微型直接甲醇燃料电池封装关键技术研究[D];大连理工大学;2011年
6 赖勤志;被动式直接甲醇燃料电池结构设计及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 曹先齐;直接甲醇燃料电池内的两相流与热质传输特性研究[D];山东大学;2012年
8 叶丁丁;空气自呼吸式直接甲醇燃料电池两相流动及传输特性[D];重庆大学;2009年
9 李苗苗;μDMFC阳极流场气液输运及流场结构微细加工研究[D];大连理工大学;2012年
10 黄绵延;DMFC用改性磺化聚芳醚酮质子交换膜的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙天航;直接液体燃料电池性能优化数值模拟[D];吉林建筑大学;2018年
2 王星燚;直接甲醇燃料电池能量转换特性的三维数值模拟与流道优化研究[D];湖南大学;2017年
3 金大鹏;基于不同类关键参数的直接甲醇燃料电池性能研究[D];湖南大学;2017年
4 伍江;超声作用下直接甲醇燃料电池的性能研究[D];武汉理工大学;2015年
5 罗颖;极端润湿性微结构在μDMFC流场板上的应用[D];大连理工大学;2017年
6 陈培培;液相进料DMFC内的两相流与阻力特性研究[D];山东大学;2013年
7 苑振宇;微型直接甲醇燃料电池结构设计与制作技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 陈永辉;被动式直接甲醇燃料电池碳纤维阻醇层的制造及性能研究[D];华南理工大学;2017年
9 夏宏荣;直接甲醇燃料电池结构设计制造与性能研究[D];华南理工大学;2015年
10 赵科良;直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化材料的研究[D];西安科技大学;2008年
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