直接甲醇燃料电池堆新型冷却系统的研究
直接甲醇燃料电池实验报告
研究生专业实验报告实验项目名称：被动式直接甲醇燃料电池学号：姓名：张薇指导教师：陈蓉动力工程学院被动式直接甲醇燃料电池一、实验目的1、了解和掌握被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池（DMFC）的基本工作原理；2、了解和掌握对燃料电池进行性能测试的基本方法；3、了解和掌握燃料电池性能评价方法；4、观察和认识影响燃料电池性能的主要因素。
二、实验意义燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置，具有环境友好、效率高、工作安静可靠等显着优点，被誉为继核能之后新一代的能源装置。
在众多燃料电池种类中，空气自呼吸式直接甲醇燃料电池（DMFC）因具有系统结构简单、能量密度高、环境友好、更换燃料方便、可在常温下工作等优点，成为便携式设备最有前景的可替代电源，是电化学和能源科学领域的研究热点。
本实验旨在对被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池进行实验研究，使同学们了解和掌握燃料电池测试的基本方法，加深对燃料电池基本工作原理的认识和理解。
三、实验原理燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的能源转化装置。
一个典型的直接甲醇燃料电池的示意图如图1所示。
图1: 直接甲醇燃料电池的典型结构从图1中可以看出，典型的直接甲醇燃料电池包括阳极扩散层、阴极扩散层、阳极催化剂层、阴极催化剂层、质子交换膜、集流体等部件。
在被动式空气自呼吸直接甲醇燃料电池中，电池阳极发生的是甲醇的氧化反应：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-，E0=0.046 V （1）电池阴极发生的是氧气的还原反应：3/2O2+6H++6e-→3H2O，E0=1.229 V （2）总反应式为：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O，△ E=1.183 V （3）在被动式直接甲醇燃料电池阳极，甲醇水溶液扩散通过阳极扩散层到达阳极催化层，甲醇在阳极催化层被氧化，生成二氧化碳、氢离子和电子，如式（1）所示。
氢离子通过质子交换膜迁移到阴极，电子通过外电路传递到阴极；在阴极侧，氧气通过暴露在空气中的阴极扩散层传输至阴极催化层，在电催化剂的作用下，氧气与从阳极迁移过来的质子以及从外电路到达的电子发生还原反应生成水，如式（2）所示。
直接甲醇燃料电池的研究
直接甲醇燃料电池的研究直接甲醇燃料电池是一种在当前能源危机和环境问题日益凸显的背景下备受关注的新型燃料电池技术。
该技术以其高能量密度、低排放、高效转化率等优点，被广泛认为是未来清洁能源和可再生能源发展的重要方向之一。
近年来，直接甲醇燃料电池的研究备受瞩目，吸引了众多科研人员和机构的关注和投入。
本文旨在分析直接甲醇燃料电池的研究现状、存在的问题及未来的发展方向，为相关领域的学者和决策者提供一定的参考和启示。
直接甲醇燃料电池的研究始于上世纪70年代，经过多年的发展，逐渐取得了一系列重要进展。
作为一种将甲醇氧化为二氧化碳和水的高效能源转换技术，直接甲醇燃料电池在能源利用效率、环境友好性等方面具有显著优势。
然而，与传统燃料电池相比，直接甲醇燃料电池在动力性能、稳定性、经济性等方面仍存在一些挑战和问题，亟待进一步深入研究和探索。
近年来，直接甲醇燃料电池的研究重点主要集中在材料的设计与合成、催化剂的开发与改进、电解质的优化与稳定性提升等方面。
在催化剂方面，高效的贵金属合金催化剂的设计与合成成为研究热点，其能够提高甲醇的氧化反应速率、降低起始氧化电压等，从而提高燃料电池的性能。
此外，针对直接甲醇燃料电池在低温下活性不足的问题，研究人员还通过调控催化剂晶体结构、表面活性位点等方法，提高了电催化效率，取得了一些令人振奋的成果。
电解质是直接甲醇燃料电池中一个至关重要的组成部分，直接影响着电池的导电性、稳定性等性能。
为了提高电解质的离子传导性和化学稳定性，研究人员不断探索新型电解质材料，如聚合物电解质、功能化固体氧化物等，并通过优化电解质结构、界面工程等手段，改善了电解质在直接甲醇燃料电池中的应用性能。
除了催化剂和电解质的研究外，直接甲醇燃料电池的研究还涉及到了电极材料、氧化还原反应机理、传质过程等多个方面。
近年来，纳米技术、表面工程、计算模拟等新兴技术手段的应用为直接甲醇燃料电池的研究带来了新的思路和突破口，为电池性能的提升提供了新的途径和可能性。
实验五 直接甲醇燃料电池
实验五直接甲醇燃料电池一、实验目的1.掌握燃料电池的基本构造。
2.通过模型演示，了解燃料电池的工作原理。
二、实验原理本实验采用一个简易的模型装置（图1），用一个燃料电池与一个功率很小的风扇连接，燃料电池采用的是直接甲醇燃料电池。
直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池（PEMFC）中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。
相较于质子交换膜燃料电池（PEMFC），直接甲醇燃料电池（DMFC）具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。
图1 模型装置示意图直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。
甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极。
在碱性条件下：正极：3O2 + 12e– + 6H20 → 12OH–负极：2CH4O- 12e– + 12OH-→ 2CO2 + 10H2O总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O在酸性条件下：正极：3O2 + 12e– + 12H+→ 6H2O负极：2CH4O -12e– + 2H2O → 12H+ + 2CO2总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O这种电池的期望工作温度为120℃以下，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。
甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢然后再与氧反应。
三、实验过程（1）连接好简易模型的线路，保证线路连接完整。
（2）配置3%的甲醇溶液。
（3）将配好的3%的甲醇溶液加入燃料电池一端，注满。
观察现象。
四、实验结果分析通过本次实验对燃料电池的基本原理有了更深一步更形象的直观了解。
甲醇燃料电池技术的发展与应用研究
甲醇燃料电池技术的发展与应用研究随着全球对环境保护的重视，新能源技术在全球范围内得到了大力发展，其中甲醇燃料电池技术备受关注。
甲醇燃料电池技术是一种利用甲醇作为氢源进行电化学反应来产生电能的新型能源技术，它具有高效、清洁、便携、储能量大等诸多优点。
本文将从甲醇燃料电池的研究历程、原理及优势、应用前景等角度进行阐述。
一、甲醇燃料电池的研究历程甲醇燃料电池技术的起源可追溯到1960年代，当时美国斯克利实验室的科学家们开始研究燃料电池，随后进一步探索了利用甲醇作为氢源的可能性，于1973年成功地在甲醇燃料电池中应用了贵金属铂作为催化剂。
但是，由于这种燃料电池效率低、电化学反应速度慢以及管理成本高等问题，一直没有得到广泛的应用。
直到1980年代，随着正极催化剂、质子交换膜、负极材料等方面技术的不断改进，甲醇燃料电池逐渐成为可以加以应用的新型能源技术。
二、甲醇燃料电池的原理及优势甲醇燃料电池是一种利用甲醇作为氢源，通过氧化还原反应，转化为电能的技术。
其反应方程式为：CH3OH + 3/2 O2 →CO2 + 2H2O + electricity 。
该反应的一个重要特点是其氧化还原反应是一个低温的过程，相比其他燃料电池的运行温度更低（通常为50℃左右），因此运行稳定性好，维护成本低。
相较于传统的发电设备，甲醇燃料电池具有诸多优势。
首先，它是清洁能源，直接反应产生的副产物仅有二氧化碳和水，对环境没有污染。
其次，甲醇燃料电池的运行效率高，在完全燃烧时，其能量利用率高达40%以上，远高于传统的发电设备；同时，由于甲醇燃料电池无需大规模电力传输，适合户外或移动性负载的供电需求；最后，由于甲醇易于储存运输，因此适用性较广。
三、甲醇燃料电池的应用前景由于其具有高效、清洁、便携、储能量大等诸多优点，甲醇燃料电池技术在航空、汽车、军工、家庭能源、应急电源等领域均有广泛应用。
在航空领域，由于甲醇燃料电池能提供可靠的能源，可有效解决飞行中的电源问题，而且具有质量轻和体积小的优点，因此已经成为民航航班的应急电源。
醇类燃料电池的研究进展
醇类燃料电池的研究进展醇类燃料电池，是一种利用醇类作为燃料、产生电能的设备。
与传统燃油发电机相比，它具有环保、高效、可再生等优点。
自醇类燃料电池被发明以来，其研究一直处于不断深入发展的状态。
在本文中，我们就来探究一下醇类燃料电池的研究进展。
一、醇类燃料电池的基本原理醇类燃料电池的基本原理是，将醇类燃料（如甲醇、乙醇等）与空气中的氧气反应，产生电荷，从而产生电能。
具体来说，醇类在阳极催化剂上发生氧化反应，将电荷转移到阴极催化剂上，然后与氧气在阴极上发生还原反应，形成水和电荷。
这些电荷随后在外部电路中流动，从而产生电能。
二、醇类燃料电池的应用领域醇类燃料电池的应用领域非常广泛，包括移动电源、无线电通信、电动汽车、家用照明等多个方面。
其中，移动电源以及电动汽车是醇类燃料电池的主要应用领域之一。
在移动电源领域，由于其能量密度高、使用方便等特点，其应用逐渐得到人们的认可；而在电动汽车方面，醇类燃料电池的优点主要表现在长续航里程、快速充电等方面。
三、醇类燃料电池的发展历程醇类燃料电池的研究始于20世纪60年代，最早是在美国国家标准局（NBS）和日本原子能研究所（JAERI）等地进行的。
在1970年代中期，NBS的研究人员成功地制造出了第一台以甲醇为燃料的燃料电池。
此后，燃料电池的技术不断得到改进和完善，其发展历程大致可以分为以下几个阶段：1. 早期研究阶段（1960s - 1980s）在这个阶段，燃料电池的研究以理论探究为主，实验实现较少。
此时，基本上只有固体聚合物电解质燃料电池（PEFC）得到了实际应用。
2. 发展成熟阶段（1990s）在这个阶段，燃料电池的研究逐渐向实验室里进行。
PEFC技术不断得到改进，出现了石墨板电子传导催化剂（GC），且用于汽车工业方面的PEFC系统正在迅速发展。
3. 科研转向阶段（2000s）在这个阶段，燃料电池的研究逐渐从理论探索转向针对具体应用的科研开发上。
研究人员开始采用新型纳米材料和高效催化剂等新技术来提高燃料电池的性能，并逐渐将重点转向了直接甲醇燃料电池（DMFC）和醇类燃料电池。
直接甲醇燃料电池的研究现状及技术进展
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方法 ， 但获得 高功率 密度 的一个 重要 条件就 是提
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甲醇燃料电池研究及其在汽车中的应用
甲醇燃料电池研究及其在汽车中的应用随着全球对环境保护意识的不断提高，传统的化石燃料逐渐被新能源替代。
其中，燃料电池便是新能源中的一种重要应用。
燃料电池是一种利用化学能量直接转化为电能的设备，其主要特点是高效、环保、无污染。
其中，甲醇燃料电池是较为常见的一种类型。
本文将从甲醇燃料电池的研究背景、原理及其在汽车中的应用以不同角度来深入探讨。
甲醇燃料电池研究背景燃料电池最初被商业化应用是在20世纪60年代，当时燃料电池主要应用于卫星和航空领域。
随着对环境保护意识的不断提高，燃料电池逐渐被用于汽车、船舶等交通工具中。
其中，甲醇燃料电池由于其高效、低成本、易于存贮等特点，已经成为当前燃料电池中使用最广泛的一种类型。
甲醇燃料电池的原理甲醇燃料电池是一种双氧化物燃料电池，它将甲醇作为燃料，将氧化剂（常见的有空气、氧气等）作为氧化剂。
当甲醇和氧化剂在电池中反应时，产生的电子会经过一个外部电路，从而创造出电能。
同时，电子也会通过内部电路，回到氧化剂这一端，与氧化剂中的氧结合，形成水（H2O）和二氧化碳（CO2）两种物质。
整个反应过程为：CH3OH + 2O2 → CO2 + 2H2O + 6e-燃料电池的最高效率理论值是90%，而甲醇燃料电池的实际效率一般在40%左右，所以甲醇燃料电池的效率还有很大的提升空间。
甲醇燃料电池在汽车中的应用甲醇燃料电池技术在汽车领域中有着广泛应用，它与传统的燃料电池相比具有更低的成本和更好的安全性能。
目前，甲醇燃料电池在汽车领域中的应用主要分为两类。
第一类是混合动力汽车。
混合动力汽车是指同时配备了燃料电池和电池组的汽车，它能够利用燃料电池产生的电能和电池组储存的电能进行驱动。
在混合动力汽车中，燃料电池的作用是提供电能，而电池组的作用则是存储电能。
这种汽车在燃料电池能量不足时，电池组可以提供电能，保证汽车正常行驶。
第二类是直接驱动汽车。
直接驱动汽车是指利用燃料电池所产生的电能直接驱动电动机运转，从而实现汽车的驱动。
直接甲醇燃料电池的制备及性能研究
直接甲醇燃料电池的制备及性能研究直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种利用甲醇直接进行电化学反应产生电能的装置。
它具有高能量密度、低温操作和零排放的优势，被广泛应用于移动电源和便携式设备。
本文将详细介绍直接甲醇燃料电池的制备方法以及对其性能的研究。
一、DMFC的制备方法1. 膜电极组装直接甲醇燃料电池的关键组成部分是膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA），它由阳极、阴极和质子交换膜组成。
首先，通过喷涂法或浸渍法在阴极和阳极上分别涂覆铂催化剂，然后将质子交换膜放置在两个电极之间，形成MEA。
2. 电池板组装电池板由多个MEA叠加而成，每个MEA之间夹有集流板，并通过导电材料连接起来。
电池板的制备过程需要考虑MEA的紧密贴合以及电池板的导电性，常用的组装方法包括热压法和喷墨印刷法。
3. 氧化剂供应系统直接甲醇燃料电池需要供应氧化剂作为电极的还原剂。
传统的方法是通过外部供氧，但这种方式会限制DMFC的便携性。
因此，研究人员提出了自供氧系统，如氧气还原剂的制备和固态氧化剂的使用。
二、DMFC的性能研究1. 催化剂的选择和改性催化剂对DMFC的性能至关重要。
铂是常用的催化剂，但其昂贵和稳定性不足成为了限制因素。
因此，研究人员致力于寻找替代催化剂或改性铂催化剂，如镍、钼等过渡金属，以提高催化效率和降低成本。
2. 质子交换膜的改性质子交换膜对DMFC的质子传输和物质穿透起着重要作用。
传统的质子交换膜如聚氟乙烯（PEM）存在着溶剂渗透和耐久性不足的问题。
因此，改性质子交换膜的研究成为了重要的方向，如聚苯醚、聚苯硫醚等材料的引入。
3. 浓度极化与动力学特性DMFC中的某些因素，如甲醇浓度、温度、电流密度等，都会对电池的性能产生影响。
浓度极化是DMFC中的主要性能损失机制之一，其产生原因包括甲醇溶液的扩散限制和甲醇的氧化反应动力学等。
直接甲醇燃料电池的研究与应用
直接甲醇燃料电池的研究与应用随着全球能源危机的不断加剧，可持续、清洁、高效的新能源逐渐成为全球各国争相开发的研究方向。
而直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种绿色能源技术应运而生，被认为是一种很有前途的新型能源技术，受到了越来越多人的关注。
DMFC电池是一种基于液态甲醇和空气的电化学系统，可以将甲醇的化学能直接转化为电能。
相比传统燃料电池，DMFC电池具有简单、低成本、小型化、无排放、高能量密度等优点。
此外，甲醇是一种广泛存在的可再生能源，在资源丰富的情况下可以轻松获取，因此DMFC电池也被认为是一种高效、绿色的能源转换技术。
DMFC电池的核心是阳极和阴极，它们分别以甲醇和空气为氧化剂，实现了电化学反应。
在阳极处，甲醇被氧化为二氧化碳和水，同时产生电子；在阴极处，氧气与电子结合生成水。
这些化学反应产生的电能可以直接用于各种设备和装置，比如移动电话、笔记本电脑、电动汽车、智能手表等。
尽管DMFC电池具有诸多优点，但目前仍面临一些挑战，主要集中在以下几个方面：首先，DMFC电池的效率仍然相对较低。
由于甲醇的反应速率较慢，导致电池效率不高，需要更大的电极表面积才能获得较高的效率。
因此，如何提高反应速率和电极表面积是当前研究的重点。
其次，DMFC电池的寿命较短。
在长时间运行中，甲醇电池易受到甲醇的毒性影响，容易出现阻塞或磨损，导致电池的寿命大大降低。
因此，如何提高电池的耐用性，延长电池寿命，是一个非常重要的问题。
另外，DMFC电池还面临着产业化推广的问题。
尽管DMFC电池具有广阔的市场前景，但由于生产成本高、制造工艺复杂、实用化程度不高等因素，导致产业化难度较大。
为了解决这些问题，人们正在进行大量的DMFC电池研究。
一些新型材料、电极设计、反应条件优化等技术逐渐成熟，DMFC电池的效率、寿命和实用性都有了极大的提高。
如今，DMFC电池已经广泛应用于许多领域，比如交通运输、通讯、医疗、军事等。
以交通运输为例，DMFC电池作为一种新型驱动系统，已经得到广泛应用。
自呼吸式直接甲醇燃料电池的研究
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维普资讯
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有 色金属 （ 冶炼 部分 ） ２ ０ ０ ７年 ４ 期
自呼 吸式 直 接 甲醇 燃 料 电池 的研 究
林 才顺 ， 红 飞 ， 张 王淑 燕 ， 新 东 王
（ 北京 科技 大 学物理 化 学系 ， 京 １ ０ ８ ） 北 Ｏ ０ ３
温 度 对 电池 性 能 的 影 响 最 大 。在 阳极 催 化 剂 的 用 量 为 ４ ５ ｇ ｅ 阴极 催 化 剂 用 量 为 ２ １ ｇ ｅ ． ７ｒ ／ｒ 、 ａ ａ ． ８ｒ ／ｒ 、 ａ ａ
直接甲醇燃料电池的研究进展及其性能研究
直接甲醇燃料电池的研究进展及其性能研究随着新能源技术的不断进步，直接甲醇燃料电池作为一种高效环保的新型电池技术，正逐渐成为新能源领域的研究热点。
本文主要介绍直接甲醇燃料电池研究的历史背景、发展现状和性能研究，以及未来展望。
一、直接甲醇燃料电池的历史背景直接甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料、将化学能直接转化为电能的装置。
早在19世纪末，科学家们就开始研究通过化学反应产生电能的方法，但直到20世纪后期，人们才开始尝试将甲醇作为燃料应用于燃料电池中。
1990年代，直接甲醇燃料电池得到了快速发展，燃料电池的关键零部件-质子交换膜(PEM)以及甲醇氧化催化剂的研究都有了很大的突破。
目前，直接甲醇燃料电池已经进入了实际应用阶段。
二、直接甲醇燃料电池的发展现状目前，直接甲醇燃料电池已经成为新能源领域的研究热点之一。
与传统汽车相比，直接甲醇燃料电池车具有很多优势，如节能环保、零排放、静音、高效率等，被誉为可以替代传统汽车的最佳候选者。
同时，直接甲醇燃料电池还有广泛应用于无人机、充电宝等领域的前景。
三、直接甲醇燃料电池性能研究直接甲醇燃料电池的性能主要由其电池输出功率密度、热效率和稳定性等因素所决定。
为了提升直接甲醇燃料电池的性能，科学家们经过不懈努力，目前取得了一定的成果。
1.电池输出功率密度电池输出功率密度是直接甲醇燃料电池重要性能指标之一。
目前，科学家们通过改善电解质材料、优化电极催化剂等方法，成功提高了电池输出功率密度。
其中，提高电极催化剂活性是最有效的方法之一。
2.热效率热效率指的是直接甲醇燃料电池在工作过程中燃料的化学能转化为电能的效率。
目前，科学家们提高热效率主要通过改善电池内部流动状态、优化氧化催化剂等方法实现。
其中，改善氧化催化剂的选择和制备方式，可以有效提高热效率。
3.稳定性稳定性是影响直接甲醇燃料电池长期稳定稳定性运行的关键性能指标。
目前，科学家们通过改善质子交换膜材料、优化电极催化剂等方法，提高电池的稳定性。
直接甲醇燃料电池堆新型冷却系统的研究
直接甲醇燃料电池堆新型冷却系统的研究摘要:对直接甲醇燃料电池(DMFC)的热平衡进行了分析，结合DMFC堆的温控要求，对 DMFC 堆的常规冷却方式进行了分析说明，介绍了新型分形网络冷却通道的设计，计算出了该分形网络通道的最优化结构参数并定量地分析了冷却水流量和热负荷对DMFC堆温度分布的影响.关键词:直接甲醇燃料电池;热量管理;冷却;分形燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应将燃料的化学能转化为电能的高效发电装置，具有发电效率高、环境污染少、可靠性高和废热易排除等优点。
直接甲醇燃料电池（DMFC）的工作原理如图1所示，主要由扩散层、催化层和质子交换膜等部件组成。
直接甲醇燃料电池（DMFC）中产生电能的同时还产生大量的废热，因此相应的冷却机制带走或利用这些废热。
另一方面，质子交换膜（PEM）对燃料电池内部的高温环境非常敏感，在每节电池内部的各横截面上维持均匀的温度分布，对于提高电极内反应点处的反应动力学特性以及减少膜上的欧姆过电位非常重要【！】。
随着DMFC电池堆工作电流密度和功率密度的提升，由于电池堆各节单电池间和每节单电池的电极各处排水和反应物供料不均匀等因素的影响，导致各处的电流密度分配不均，产生PEM上的局部工作电流密度过高。
为避免和消除DMFC电池堆在高电流密度和高功率密度工况时出现失效的状况，除了采用高导热率的材料制备流场板与双极板外，还需要设计合适的冷却系统以保持电池内部稳定均匀的温度分布。
本文介绍一种适用于DMFC堆的新型分形树状网络冷却通道换热系统。
图1 DMFC的工作原理图1.电池系统的热平衡燃料电池内部生成的热量来源有：不可逆电化学反应放热、各部件的欧姆热以及传质局限引起的计划导致的电能损失；其内部还有冷源。
为了达到更好的性能，DMFC的运行温度一般会在70~90℃.燃料和氧化剂进入电池后，在流道中流动和电极中扩散的过程中还需要被加热。
电池堆系统的热平衡方程为：l dt E ev rc te te s tot Q Q Q Q Q IU Q ++++=−⋅=ηη/)1(（1）其中： tot Q — 位时间内，电池堆系统的总能量损失；rc Q — 位时间内，反应物通过电池系统被加热所吸收的显热；ev Q — 位时间内，电池运行过程中产生水蒸气所需要的潜热；E Q — 位时间内，电池系统向环境释放的热量；dt Q — 位时间内，当冷却系统的排热能力不足时，电池系统温升所吸收的热量； l Q — 位时间内，冷却系统的热负荷；l I — 电池堆的工作电流；te η— 电池堆的总的能量的转化效率。
直接甲醇燃料电池性能研究
直接甲醇燃料电池性能研究甲醇是一种常见的有机物，常被用作溶剂和清洗剂。
除此之外，它还可以作为一种燃料，用于驱动发电机或是燃料电池。
直接甲醇燃料电池是利用甲醇直接反应产生电能的一种特殊燃料电池。
在燃料电池中，甲醇在反应过程中会被氧化成二氧化碳和电子，进而形成电流。
这种燃料电池的优点在于甲醇相对易得，同时也比较容易储存和运输。
燃料电池中的甲醇在反应过程中需要经过电化学反应来产生电流。
这种电化学反应需要掌握一些技能和知识。
首先，燃料电池中的电极必须是优质的。
电极选择不当或质量差劣都会影响燃料电池的发电效率。
其次，反应的速率、产物的选择和功率等指标都需要经过实验探究进行研究。
这些都是燃料电池的核心技术。
在直接甲醇燃料电池中，燃料的性能是非常重要的。
甲醇的物化性质会影响燃料电池的效率和稳定性。
燃料的性能包括甲醇的浓度和纯度，以及甲醇分子中的氢和甲基基团的比例等。
甲醇浓度的变化会引起电流的大小和电池输出电压的波动。
此外，燃料电池研究中还要考虑甲醇的纯度问题，因为杂质会影响燃料电池的质量和性能。
最近，国内外都有很多关于直接甲醇燃料电池性能的研究。
其中最重要的一些工作是研究直接甲醇燃料电池的反应动力学。
利用甲醇燃料电池实验平台，可以分析出甲醇在电极表面上的反应规律。
这些规律能够帮助我们制定新的燃料电池方案，提高其效率和稳定性。
此外，研究人员还探索了不同材料和结构对直接甲醇燃料电池性能的影响。
目前，在直接甲醇燃料电池研究领域已经涌现出许多新的成果。
一些研究表明，改进直接甲醇燃料电池的石墨零件、贵金属电极和电解质可以提高燃料电池的输出功率和效率。
此外，利用新型的容器设计方法以及提高催化剂的催化能力还能提高电池的效率，使其更适用于实际应用。
最近国内的一些研究人员利用新型的协同氧化还原催化剂设计了一种高效的直接甲醇燃料电池，并在实验室中展示了其功能。
该燃料电池利用甲醇改变表面电位，使电化学反应的速率得到提高，进而可以实现更高效的燃烧和电力转换。
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》范文
《基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和传统能源的日益枯竭，寻找可持续的清洁能源成为了科学研究的热点。
直接甲醇燃料电池（DMFC）以其高能量密度、操作方便和环保性等特点，被认为是一种极具潜力的新型能源。
然而，DMFC的商业化应用仍面临诸多挑战，其中之一就是阴极催化剂的效率问题。
近年来，基于氧化锰的催化剂因其良好的催化性能和低成本，成为了DMFC阴极催化剂研究的热点。
本文将围绕基于氧化锰的直接甲醇燃料电池阴极催化剂展开研究。
二、氧化锰阴极催化剂的研究背景氧化锰因其具有较高的电导率、良好的化学稳定性和环境友好性，被广泛用于DMFC阴极催化剂。
其催化性能主要源于其能够有效地促进氧还原反应（ORR），这是DMFC阴极的主要反应过程。
然而，氧化锰催化剂在催化过程中仍存在一些问题，如活性较低、易中毒等，这些问题限制了其在实际应用中的性能。
三、研究方法针对上述问题，本文采用不同的制备方法，制备了多种形态的氧化锰催化剂，并对其进行了性能研究。
首先，我们通过溶胶凝胶法、水热法等不同的合成方法，制备了纳米级氧化锰催化剂。
其次，我们通过改变合成条件，如pH值、温度、时间等，来调整催化剂的形态和结构。
最后，我们利用电化学工作站等设备，对制备的催化剂进行了电化学性能测试。
四、实验结果与讨论1. 催化剂的制备与表征我们通过不同的合成方法成功制备了多种形态的氧化锰催化剂。
通过XRD、SEM等手段对催化剂进行了表征，结果表明，不同制备方法得到的氧化锰催化剂具有不同的晶体结构和形貌。
2. 催化剂的电化学性能通过电化学工作站测试发现，我们的氧化锰催化剂具有良好的电催化活性。
在氧还原反应中，氧化锰能够有效降低反应活化能，提高反应速率。
此外，我们的催化剂还具有良好的稳定性和耐久性，能够在长时间运行中保持良好的性能。
3. 催化剂的活性与结构关系我们发现，催化剂的形态和结构对其电化学性能有着重要影响。
直接甲醇燃料电池研究与应用
直接甲醇燃料电池研究与应用直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是一种以甲醇为燃料的燃料电池，其燃烧产生电能。
DMFC与传统的燃料电池相比，具有更为简便的燃料和更低的操作温度等优点，因此备受研究和应用领域的青睐。
一、直接甲醇燃料电池的原理及构造1、原理DMFC是一种基于甲醇氧化还原反应的燃料电池，可以将甲醇中的化学能转化为电能。
其原理与其他燃料电池类似，即燃料在阳极上进行氧化反应，产生电子和正离子，电子通过外部电路到达阴极，正离子经过电解质膜向阴极迁移，与电子在阴极上复合，释放出能量。
甲醇氧化反应的化学方程式为：CH3OH + 3/2O2→ CO2+2H2O2、构造DMFC由阴极、阳极、电解质和催化剂等部分组成。
其中催化剂被用来加速反应，电解质用来分离阳极和阴极，避免直接接触。
DMFC的构造相对简单，结构紧凑，具有体积小、重量轻等优点。
与传统的燃料电池相比，DMFC采用了更为便捷的燃料，节省了储存系统和输送系统的费用和空间。
二、直接甲醇燃料电池的优点1、方便和简单DMFC的燃料甲醇相对于氢气更为便捷和易于存储。
在氦气储氢要求极高的情况下，储存和输送氢气需要耗费更多的费用和能源。
而燃料为甲醇的DMFC，可以直接使用市场上的甲醇作为燃料，无需储藏和输送氢气。
2、低温操作DMFC的操作温度相比传统的燃料电池较低，只需要在常温下进行。
在操作温度低于100℃的条件下，DMFC具有更加高效和经济的能源转化方式。
3、高效转化由于DMFC能直接利用甲醇进行电能转化，其能源转化效率相对传统的燃料电池更高。
燃料的化学能转化为电能的效率达到了40%～50%，是其他能源转化系统所不能比拟的。
三、直接甲醇燃料电池的应用DMFC的应用领域广泛。
在现代化的能源体系建设中，DMFC被广泛运用于便携式电子设备、家庭燃料电池电源等领域。
1、便携电子设备DMFC可以作为一种高效的电源技术运用于便携式电子设备的电源。
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直接甲醇燃料电池堆新型冷却系统的研究摘要:对直接甲醇燃料电池(DMFC)的热平衡进行了分析，结合DMFC堆的温控要求，对 DMFC 堆的常规冷却方式进行了分析说明，介绍了新型分形网络冷却通道的设计，计算出了该分形网络通道的最优化结构参数并定量地分析了冷却水流量和热负荷对DMFC堆温度分布的影响.关键词:直接甲醇燃料电池;热量管理;冷却;分形燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应将燃料的化学能转化为电能的高效发电装置，具有发电效率高、环境污染少、可靠性高和废热易排除等优点。
直接甲醇燃料电池（DMFC）的工作原理如图1所示，主要由扩散层、催化层和质子交换膜等部件组成。
直接甲醇燃料电池（DMFC）中产生电能的同时还产生大量的废热，因此相应的冷却机制带走或利用这些废热。
另一方面，质子交换膜（PEM）对燃料电池内部的高温环境非常敏感，在每节电池内部的各横截面上维持均匀的温度分布，对于提高电极内反应点处的反应动力学特性以及减少膜上的欧姆过电位非常重要【！】。
随着DMFC电池堆工作电流密度和功率密度的提升，由于电池堆各节单电池间和每节单电池的电极各处排水和反应物供料不均匀等因素的影响，导致各处的电流密度分配不均，产生PEM上的局部工作电流密度过高。
为避免和消除DMFC电池堆在高电流密度和高功率密度工况时出现失效的状况，除了采用高导热率的材料制备流场板与双极板外，还需要设计合适的冷却系统以保持电池内部稳定均匀的温度分布。
本文介绍一种适用于DMFC堆的新型分形树状网络冷却通道换热系统。
图1 DMFC的工作原理图1.电池系统的热平衡燃料电池内部生成的热量来源有：不可逆电化学反应放热、各部件的欧姆热以及传质局限引起的计划导致的电能损失；其内部还有冷源。
为了达到更好的性能，DMFC的运行温度一般会在70~90℃.燃料和氧化剂进入电池后，在流道中流动和电极中扩散的过程中还需要被加热。
电池堆系统的热平衡方程为：l dt E ev rc te te s tot Q Q Q Q Q IU Q ++++=-⋅=ηη/)1( （1）其中：tot Q — 位时间内，电池堆系统的总能量损失；rc Q — 位时间内，反应物通过电池系统被加热所吸收的显热；ev Q — 位时间内，电池运行过程中产生水蒸气所需要的潜热；E Q — 位时间内，电池系统向环境释放的热量；dt Q — 位时间内，当冷却系统的排热能力不足时，电池系统温升所吸收的热量； l Q — 位时间内，冷却系统的热负荷；l I — 电池堆的工作电流；te η— 电池堆的总的能量的转化效率。
由于DMFC 的工作过程较复杂，其效率表达式也非常复杂，目前应用较多的为下列形式：g I V T te ηηηηη⋅⋅⋅=(2)其中： te η—热力学效率；T η—电压效率；V η—电流效率；I η—燃料的利用率。
2.电池系统的温度控制要求质子交换膜燃料电池的正常运转很大程度上取决于和温度密切相关的表面反应、流体和离子的传递、电子传导过程的顺利进行。
Wang 等【2】指出：温度对运行性能的影响主要表现在对催化剂活性、膜的含湿量、电池内部传质和热平衡等因素的作用上。
由于温度对于电池（电池堆）的运行有重要影响，已经有相当数量的研究设计到这方面的问题。
Scott 【3】【4】等研究了温度对DMFC 阳极传质系数的影响。
研究表明：高温时，阳极传质系数较大，且甲醇氧化引起的过电势很小，极限电流密度增大。
H.Dohle 【5】等研究了60~110℃范围内的温度对系统热平衡和输出功率及其他运行参数的影响。
Shukla 【6】等人也研究了一个采用不锈钢极板的5瓦的DMFC堆在工作温度分布为70℃和90℃时的功率输出情况。
虽然增加DMFC的运行温度和压力可以得到更好的运行特性，但另一方面，电池温度越高，穿透PEM的甲醇量就越大，而且当温度到达某一值后PEM中含水量会降低，则在同样的含水量条件下PEM中的水在低温时较高温时的活性强，也即电导性能好。
3.DMFC常规冷却方式概述在DMFC的研究领域，大多数对电池（堆）发电性能模拟的理论模型都是在工作温度恒定的基础上建立起来的；而现在的实验研究大多采用活性面积小（一般不会超过50cm2）的单电池，温度分布的不均匀性对其性能的影响体现的不明显。
对于大型电堆，广泛采用的排热方法是冷却液循环排热（冷却液通常是纯净水或水与乙二醇的混合液）。
对于小功率的电池堆，也有用空气冷却方式的。
还有一种利用液体（如乙醇）蒸发排热的方法。
相比而言，后两者应用的较少，这里主要介绍冷却液循环排热。
采用冷却液循环排热时，需要在电池堆内加置排热板。
对于小电流密度运行的电池堆，一般是在2~3节单电池间加置一块排热板。
随着PEMFC技术的进步，其工作密度已逐渐提高到了1A/cm2，为了防止电池堆内温度分布的不均匀，必须每节单电池加置一块排热板【7】。
排热板一般由两块表面刻有流道的单板采用导电胶黏合或者焊接为一体的。
基于电池堆冷却系统中的冷却工质分流结构简化的考虑，冷却通道最好有尽可能少的进出口。
传统的平行通道显然不满足此条件，而且对于活性面积大的电池堆平行流场很难达到温度控制的要求。
因此，平行流场不适合于电动汽车用DMFC堆的热管理。
蛇形通道和其它好多的特殊结构的弯管通道【8】虽然有较少的进出口，而且在保持电池横截面上温度的均匀性上较平行通道有所改善，但冷却工质在其中流动阻力较大。
因此，要实现电池堆的高效优质热管理，必须开发新型适用的流场结构。
Chen等基于此提出了一种适用于矩形表面的分形树状网络通道散热结构，通过计算和对比发现：该结构比普通平行通道的传热特性要好。
在冷却液的选择上，现在普遍选择去离子水。
因为：电池本身可以生成离子水；而且，若采用水与乙二醇的混合液作冷却液，则冷却液的电阻将增大；而且冷却液的比热容较低，其循环量要增大，消耗更多的泵功。
另外，混合液中若被金属离子污染，会产生漏电，则电池堆的能量转化率就会降低。
4.分形树状网络通道散热器4.1分形树状网络通道散热器的换热特性分析为了简化分析，作如下假设：1.冷却介质水是不可压缩、常物性的工质；2.稳定状态下，水在每一通道中的流动都是层流，而且都达到了充分发展阶段；3.每一通道中都满足恒热流便捷条件；4.假设通道的水力直径在常规的小尺度范围之内，不考虑微通道中的流动换热。
对于管内充分发展的层流流动，Nu 准则书为定值4.364[9]，则第k 级和第k+1级流道中的换热系数间的关系存在如下关系：11//++=k k k k d d h h (3) 再结合水利直径k k d d /1+=β(4) 可得： β/1/1=+k k h h(5) 则有：k k h h -=β0 (6) 由于管为恒定截面，边界处于恒定热流密度的充分发展流动换热，液壁的温差△T 保持恒定。
假设每一级流道中的液壁温差都为恒定值，则该散热器的总换热量为：T N L d h T A h Q k kk m k k m k k k f ∆=∆=∑∑==0022π (7)整理得：T N N h L d Q m f ∆--=+)1/(])(1[21000γγπ (8) 对于一直径为d 0，换热面积与分形树形网络通道散热器相同，管内液壁温差也相同的平行流道散热系统，其总的换热量为：T N N h L d Q m p ∆--=+)1/(])(1[21000βγβγπ (9) 比较可知，两种换热系统的换热比为；)1]()(1/[)1]()(1[/11γβγβγγN N N N Q Q m m p f ----=++ (10) 比较可知，新型分形柱状网络通道散热器的换热性能较普通的平行通道散热器强；随着长度分形维数和通道总级数的增加，性能提升更明显，且增加通道总级数对于 换热性能的强化效果更明显。
4.2冷却系统对DMFC 堆冷却效果的分析模型基于以上对分形树状网络通道换热特性的分析，下面着重分析其对DMFC 堆的冷却效果。
主要考察热负荷、冷却流量和沿通道的温度变化三者之间的关系。
为了简化分析，作如下假设：1、 冷却介质水是不可压缩、常物性工质；2、 稳定状态下，水在每一通道中的流动都是层流且都处于充分发展阶段；3、 每一通道中都满足恒热流边界条件；4、 不考虑固体壁内的导热、水的相变及毛细现象。
若Nu 数在每一级分叉管道中都相等，则下一级与上一级的换热系数间的关系任然可 由 11//++=k k k k d d h h 表示。
而第k 级通道中的换热密度可表述为：k k k q T h =∆⋅ (11) 其中：T ∆ 表示第k 级通道中的排热板壁面和冷却水之间的温差。
因为上一级通道的出口处流体的温度就是下一级通道流体入口处的温度，所以可以假设k T ∆为常数，即：const T T h q T T T l w k k k l k w k =-==-=∆0,0,,,/ (12) 其中：k w T ,—第k 级通道中的排热板壁面温度；k l T ,—第k 级通道入口处水的温度；0,l T —冷却水进入散热器时的温度；总的热负荷为：k km k k l m l pl l N A q T T m C Q ∑=+=-=00,1,)( (13)冷却水的质量流量为：)](/[0,1,l m l pl l T T C Q m -=+ (14) 根据质量守恒定律，第k 级通道内的流量为：k k N m m /=则第k 级通道的热负荷为：k k k l k l k pl k l A q T T m C Q =-=+)(,1,, (15) 第k 级通道中雷诺数为：kk k k k k k N N d m d N m d m )/11(000/(Re))]/(1[)/4()/()/(4/4(Re)∆-=⋅===βμπμβπμπ (16)若选定3=∆，分叉数2=N ，则)/11(∆-N 大于1，也即k (Re)随着k 是递减的。
4.3冷却系统对排热板壁面温度分布的影响经研究发现：在分形树状结构中部大部分区域内，温度分布较均匀。
温升主要体现在网络边缘。
虽然网络中的部的末级出口温度最高，但与初级相距最小。
实际过程中考虑到排热板是由具有良好的导热性能的材料制成，这种温度梯度必然会在其自身内部垂直于流道的方向产生导热热流，发挥自身的均温特性，最终使得整个横截面的温度趋于均匀。
在以上的研究中，换热面积采用k A 来计算，而k A 只针对单层换热板的第k 级通道，因此此热负荷只由单层换热网络通道来承担。
若考虑双层通道来分担，则温度梯度还要小。
而且，低温冷却水是进入紧靠上一个单电池阳极侧的换热版，而高温冷却水是由紧靠下一个单电池阴极侧的换热板离开散热器，这中布置必然使得电堆中的每一单电池阴极温度稍高于阳极温度。