微型直接甲醇燃料电池极板结构的研究

极板结构直接影响微型直接甲醇燃料电池的极化特性,采用微机械加工技术制作几种不同极板流场结构的直接甲醇燃料电池.通过对不同极板结构的微型直接甲醇燃料电池的性能比较,发现栅型阳极流场结构的电池输出特性明显优于螺旋蛇型和点型流场结构.另外对采用不同极板材料制作的直接甲醇燃料电池也进行比较,发现不锈钢微型直接甲醇燃料电池的性能明显优于硅基结构的燃料电池.     

基于Fluent的微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构分析

微型直接甲醇燃料电池中阳极流场结构对电池的性能有着重要的影响。为了合理设计阳极流场结构,改善甲醇燃料在阳极流场中的分布,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对微型直接甲醇燃料电池进行建模并仿真分析。分析比较了点型、平行和蛇形3种不同流场图案下得到的压降与流速分布,得出蛇形流场能够更有利于甲醇燃料的均匀分配。在此基础上分别建立不同流道宽度(800,400,200,100μm)的蛇形流场模型,通过仿真计算甲醇燃料的分布情况来分析其对燃料电池性能的影响,并结合实验结果进行对比得出流道宽度为200～400μm之间为优化值。     

微型直接甲醇燃料电池的三维数值模拟研究

运用计算流体力学软件COMSOLTM建立了微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)三维数值模型,并用MEMS工艺制作电池进行实验验证.模型耦合了连续性方程、电化学反应方程和动量方程等.通过对模型求解,输出了平均电流密度和电压等参数.分析了扩散层和催化层结构参数对电池性能的影响,结果表明:过厚的催化层对电池性能提升并无太大帮助,在增大电催化剂Pt担量前提下应尽量减小催化层厚度.     

一种水清洁阳极的基于甲醇渗透的浓度传感器

提出一种基于膜电极(MEA)结构的驱动模式甲醇浓度传感器。甲醇溶液从MEA阴极流过,通过MEA渗透到阳极,Nafion膜既是电解质膜又是甲醇渗透膜。由于引入水清洁阳极,有效避免了甲醇的累积,提高了该传感器稳定性和重现性。该传感器测量范围最大可以达到5 mol/L,适合于直接甲醇燃烧电池(DMFC)系统中甲醇的监测。     

采用硅和PDMS的堆栈式微型直接甲醇燃料的设计和制作

在堆栈式微型直接甲醇燃料电池（Micro-direct methanol fuel cell，简称μ-DMFC）中，为了避免硅基流场板因为封装压力过大而破裂，采用了硅和PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷）材料分别制作阳极和阴极流场板。首先，采用MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术制作硅基阳极流场板。其次，通过铜箔与阴极流场板一体成型、有机清洗和PDMS 表面活化等改进措施显著提升了PDMS阴极流场板金属化的能力。最后，比较和分析阳极流场板上三种不同结构的流道形式的堆栈式μ-DMFC 的输出性能。实验结果表明，活化后的PDMS 阴极流场板与Cr/Au 的粘附性能和粘接强度显著提高，同时阳极流场板的流道一半开设为凸台，一半开设为通孔时，其堆栈式μ-DMFC 的输出性能最优。最大输出电流密度为81.25mA/cm2，最大输出功率为7.73mW/cm2。采用硅和PDMS 材料分别制作流场板，不仅简化了堆栈式μ-DMFC 的结构，而且能够缓冲锁紧力，有效保护硅基阳极流场板。同时优化阳极流场板上的流道结构，能够有效提升堆栈式μ-DMFC 的输出性能。     

微型直接甲醇燃料电池CO2气泡排除问题研究

利用CFD方法模拟了微型直接甲醇燃料电池阳极二氧化碳气体在沟道中的流动与分布.结合两相流理论,研究了不同流场布局、沟道尺寸和燃料入口流速对两相流压力降及气体分布的影响,得到了最大残余体积含气率与流道宽度及入口速度的关系.结果表明蛇形流场排泡效果要优于平行流场,尤以流道宽度为600μm时最佳.根据计算结果,分别对蛇型流场、平行流场和三通道蛇型流场中气体聚集的位置进行了预测.研究结果为流场的参数设计和结构优化提供了参考.     

采用硅和PDMS的堆栈式微型直接甲醇燃料电池的设计和制作

在堆栈式微型直接甲醇燃料电池μ-DMFC(Micro-Direct Methanol Fuel Cell)中,为了避免硅基流场板因为封装压力过大而破裂,采用了硅和PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)材料分别制作阳极和阴极流场板。首先,采用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术制作硅基阳极流场板。其次,通过铜箔与阴极流场板一体成型、有机清洗和PDMS表面活化等改进措施显著提升了PDMS阴极流场板金属化的能力。最后,比较和分析阳极流场板上3种不同结构的流道形式的堆栈式μ-DMFC的输出性能。实验结果表明,活化后的PDMS阴极流场板与Cr/Au的粘附性能和粘接强度显著提高,同时阳极流场板的流道一半开设为凸台,一半开设为通孔时,其堆栈式μ-DMFC的输出性能最优。最大输出电流密度为81.25 mA/cm2,最大输出功率为7.73 mW/cm2。采用硅和PDMS材料分别制作流场板,不仅简化了堆栈式μ-DMFC的结构,而且能够缓冲锁紧力,有效保护硅基阳极流场板。同时优化阳极流场板上的流道结构,能够有效提升堆栈式μ-DMFC的输出性能。     

基于一种FGA–ANFIS技术的DMFC温度建模和控制

为了提高直接甲醇燃料电池(DMFC)的发电性能,采用自适应神经模糊推理技术(FGA-ANFIS)对电池的工作温度进行建模与控制.首先,基于实验的输入输出数据建立了DMFC电堆温度的自适应神经模糊辨识模型,避开了DMFC电堆的内部复杂性.然后,将训练好的网络模型作为DMFC控制系统的参考模型,采用一种改进的模糊遗传算法对神经模糊控制器的参数和模糊规则进行自适应调整.最后,通过仿真.将所提出的算法与非线性PID和传统模糊算法进行比较,结果表明所设计的神经模糊控制器具有较好的性能.     

燃料电池福兮祸兮

燃料电池作为新一代被世人颇为看好的能源装置现在已经初露端倪，以东芝公可为代表的直接甲醇燃料电池主导企业已经将这种电池由实验品阶段带入商品化阶段。最近，该公司展示了为东芝笔记本电脑提供能源的直接甲醇燃料电池（英文简称DMFC)，它主要通过氢和氧的化学反应获得能源。其工作原理为直接将甲     

基于遗传算法的直接甲醇燃料电池的数学模型及优化设计

微型直接甲醇燃料电池由于具有系统结构简单、体积小、环境友好、燃料比能量高及便于携带与储存等优点,在便携式电源,如手机、笔记本电脑等上展示出良好的应用前景。研究DMFC的数学模型可以深入了解DMFC中物质的传递过程和电化学机理,为寻找DMFC性能的最优化工作条件提供理论依据。主要依据微型直接甲醇燃料电池中物质传递的基本原理及电化学动力学机理,建立微型直接甲醇燃料电池的一维数学模型,利用遗传算法对其进行优化设计。仿真结果显示当阳极甲醇浓度为2.32mol/L,阴极氧气浓度为0.06mol/L,电流密度为545.67mA/cm2,DMFC的功率密度达到最大值为71.5mW/cm2。     

基于MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池的制作

为了进一步简化微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)系统,便于电池批量生产,采用MEMS技术制作μDMFC.电池的制作包括传统的MEMS工艺,如,氧化、光刻、湿法刻蚀、硅-玻璃键合等方法,还包括一种新的催化电极制备方法,即采用硅片阳极氧化的方法.首先,制得多孔硅(PS)作为催化电极的基底,然后,采用化学镀法分别在PS上沉积出Pt阴极催化电极和Pt-Ru阳极催化电极.PS具有巨大的比表面积,使化学镀的催化剂层拥有不连续的三维结构,能显著增加催化剂的活性面积,同时,化学镀液中贵金属的利用率高达95%,可以有效地节约贵金属用量.研究中采用扫描电镜(SEM),能量色散X射线分析(EDX)对催化剂层的形貌和成分等物理性能进行了分析.     

基于神经网络辨识的DMFC电压模型研究

介绍并分析了直接甲醇燃料电池(DMYC)的工作原理及理论电压模型,并针对直接甲醇燃料电池系统过于复杂,理论电压模型存在明显不足的特点,试图绕开DMYC的内部复杂性,基于实验数据,利用神经网络逼近任意复杂非线性函数的能力,将神经网络辨识方法应用到DMYC这种高度非线性系统的建模中去,以1000组电池电压、电流密度实验数据作为训练样本,采用基于LM算法的改进BP神经网络,建立了不同温度下电池电压一电流密度的神经网络辨识模型。仿真结果表明这种方法是可行的,建立的模型精度较高。     

基于改进BP神经网络辨识的DMFC建模研究

针对直接甲醇燃料电池（DMFC）系统过于复杂,难以建模的特点,该文试图绕开DMFC的内部复杂性,基于实验数据。利用神经网络逼近任意复杂非线性函数的能力,将神经网络辨识方法应用到DMFC这种高度非线性系统的建模。以1000组电池电压、电流密度实验数据作为训练样本,采用基于LM算法的改进BP神经网络,建立了不同温度下电池电压-电流密度动态响应模型。仿真结果表明这种方法是可行的,建立的模型精度较高,它使得设计DMFC的实时控制器成为可能。     

直接甲醇燃料电池的混合模型及其仿真分析

讨论了一种直接甲醇燃料电池基于机理模型和神经网络模型的混合模型构建方法,利用人工神经网络的非线性逼近能力,对机理模型的不精确性进行有效补偿。混合模型中的神经网络模型根据输入变量和补偿量训练后与机理模型相结合,对电池电压提供了良好的近似预测。     

燃料电池——燃料电池将推动氢经济

持久，适用各种环境的燃料电池是近十年以来被狂热追捧的技术之一．也是世界上最大的公司——从汽车巨擘到计算机巨头——投入大量资金的一项技术。如果能够成功的话，燃料电池不仅会加快我们能源结构的转移．而且，以后的便携式电脑只需一次充电即可使用一整天了。     

MEMS微型质子交换膜燃料电池的阴极极板模型研究与优化设计

针对一种基于MEMS技术制造的H2/air自呼吸式微型质子交换膜燃料电池,建立了二维等温的阴极数学模型,计算了电池的平均电流密度及功率密度.由于阴极采用空气自呼吸式,阴极流场板结构的空占比就成为影响电池性能的重要因素.通过优化,确定空占比为0.7左右时,燃料电池的性能最佳.制作器件的测试结果表明采用该优化设计的燃料电池的峰值功率密度高达135 mW/cm2.     

基于人工神经网络的固体氧化物燃料电池性能 预测模型开发

固体氧化物燃料电池(Solid-Oxide Fuel Cell,SOFC)因其能量转换效率高而备受关注,但其相 关技术非常复杂,技术成熟度比质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等其他类型的燃料电池低。 SOFC 的微观结构是影响其性能的因素之一,为加速 SOFC 的商业化应用,需要对其复杂微观结构进 行有效优化。同时,SOFC 性能测试实验耗时长、费用高,而高可靠性的 SOFC 计算机模型可用来缩 短 SOFC 微观结构优化时间和降低研发成本。该研究根据阳极支撑 SOFC 结构变化对应的性能实验 数据,开发了一种基于人工神经网络的、根据结构特性来预测其性能的 SOFC 计算机模型。实验过程 利用部分数据对该人工神经网络进行训练,并利用另一部分数据对其进行验证。结果显示,所开发的 SOFC 模型能够准确地根据微观结构的变化呈现其性能变化,适合用于 SOFC 微观结构的优化。     

一款多重互动的超便携电脑

1.内置微型投影机如果你的笔记本电脑中已经内置了投影机,还用拖着那台沉重的投影机跑来跑去吗？华硕在Computex 2008大会上公布的便携概念电脑就恰好提供了这一功能。我们所想要的还包括一个超薄的、可滑动的、可分离的蓝牙键盘（在触摸屏键盘不灵的时候派得上用场）,再加上下一代电池科技,例如直接甲醇燃料电池或基于磷酸亚铁锂材料的电池。     

多孔硅基微型直接甲醇燃料电池用催化电极的制备

针对硅基微型直接甲醇燃料电池小型化的需要,提供一种新型多孔硅基催化电极的制备方法,即采用硅片阳极氧化的方法首先得到多孔硅作为催化电极的基底材料,然后采用化学镀铂及铂钌的方法分别在多孔硅上沉积出催化剂镀层,制备出阴极和阳极催化电极.多孔硅具有巨大的比表面积,使化学镀的催化剂层拥有不连续的三维结构,能显著的增加催化剂的活性面积,同时化学镀液中贵金属的利用率高达95%,可以有效地节约贵金属用量.研究中采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),能量色散X射线分析(EDX)对多孔硅的形貌及催化剂层的物理性能进行了分析.     

近红外光谱的甲醇汽油定量分析

随着汽油价格的不断升高,甲醇汽油作为一种替代车用燃料受到越来越多的重视.工业甲醇产量大,价格便宜,辛烷值高,将其以一定比例与汽油混合后,可以提高汽油标号,降低成本.但是由于甲醇热值低,甲醇汽油中的甲醇比例必须受到严格控制,不然会影响车辆动力性能.本文研究了采用近红外光谱分析技术定量分析甲醇汽油中的甲醇含量.首先对光谱数据进行多项式一阶微分和标准正态变换,得到预处理谱图;其次选取(1370～1450)m的光谱数据,对其进行PCA主元特征提取,并利用第一主元和第二主元对甲醇汽油和成品汽油进行分类:最后,选取(1100～1650)nm的光谱数据采用偏最小二乘(PLS)方法对甲醇含量建立定量分析模型.采用上述方法对24个实验室配制的甲醇汽油样品进行定量分析,实验结果表明,近红外光谱分析技术可以准确测量甲醇汽油中的甲醇含量,其交叉检验均方误差误差(StandardErrorofCrossValidation,SECV)为0.62(%,v/v),可以满足大部分甲醇汽油生产企业的实际检测需求.本文的最后部分讨论了光谱不同波段对模型精度的影响,结果表明,光谱1350～1650 nm波段包含了更加丰富的甲醇含量信息,但是采用全谱建立模型和经过波段选择后建立的模型交叉检验精度相差不大.