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在體積微型化條件下,極板流場圖形的設(shè)計對燃料電池的性能優(yōu)化,尤其是提高面積比功率,具有極其重要的意義.本文設(shè)計了不同溝道和溝脊寬度的陽極極板,測試了相應(yīng)微型自吸氧燃料電池的性能變化.實驗結(jié)果表明,在溝脊寬度小于溝道寬度的條件下,增加溝道或溝脊寬度都能改善微型燃料電池的性能,但改善幅度隨寬度增加而趨緩.當(dāng)溝道和溝脊寬度等比例變化時,性能隨寬度的增加的最優(yōu)值為600μm,其性能達到了2.87mW/cm2,優(yōu)于溝道和溝脊均為400μm和800μm的燃料電池的性能.
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陽極催化層表面反應(yīng)生成的CO2氣體能否及時通過擴散層和陽極通道排出直接甲醇燃料電池(DMFC),對DMFC的性能及壽命具有重要影響,因此揭示氣泡行為機理對DMFC的優(yōu)化具有重要的意義。本文將DMFC陽極通道內(nèi)氣泡形成過程簡化為氣體垂直注入恒流液體中形成氣泡的過程,利用可視化實驗研究了氣體垂直注入恒流液體中形成氣泡以及氣泡脫離的過程,考察了氣體流量、液體流量以及浮力對氣泡形成、生長及脫離過程的影響。結(jié)果表明:氣泡的形成由氣體的壓力和表面張力產(chǎn)生的毛細壓力共同作用,氣泡生長和脫離過程相對于孕育過程較快;隨著氣體流量的增加,產(chǎn)生氣泡的時間間隔變短,氣泡間聚并的位置逐漸向前推移,氣泡的脫離時間先減小后增大;隨著液體流量的增加,氣泡由彈狀流向泡狀流漸變,氣泡的脫離時間先急劇變小,后趨于平緩;浮力對豎直向下形成氣泡的影響較為明顯,浮力的作用使豎直向下不易形成氣泡且難于脫離孔道口。
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