一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法
2023-05-21 12:19:56 3
一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法
【專利摘要】一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法，包括：1）電池運行模式中不同電流密度下陰極側CO2濃度Ccell測定；2）陽極極化模式中與步驟（1）相同電流密度下陰極側CO2濃度Canode測定；3）電池運行模式中與步驟（1）相同電流密度下甲醇滲透量的計算；4）陽極流道內甲醇平均濃度Cch的測定；5）陽極催化層內甲醇濃度Cacl的計算；以及6）陽極傳質係數k的計算。本發明填補了現有技術中的空白，通過測定在電池運行環境中陽極的傳質係數可對直接甲醇燃料電池的操作條件進行優化，同時為直接甲醇燃料電池的電極結構及流場設計提供有益指導。
【專利說明】一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於燃料電池【技術領域】，具體涉及直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定 方法。
【背景技術】
[0002] 直接甲醇燃料電池（DMFC)是將甲醇的化學能直接轉化成電能的能量轉化裝置，具 有理論比能量高、系統結構簡單、燃料存儲、攜帶方便等特點，在移動電源方面有廣闊的應 用前景。因甲醇是以液態形式進料，其擴散係數比氣體要低3-4個數量級，故傳質電壓損 失不容小視，尤其是在高電流密度運行時。陽極傳質過程包括了甲醇從極板流道(尺度為毫 米-釐米量級）穿過擴散層(微米量級）到達催化層(納米量級）以及反應產物二氧化碳從催 化層向流道的遷移，幾何尺寸跨度大，流動狀態複雜。目前對該現象認識不夠深入，沒有可 靠的模型指導實驗設計。測定在電池運行環境中陽極的傳質係數可對操作條件優化，電極 結構及流場設計提供指導。
【發明內容】
[0003] 針對以上問題，本發明目的在於提供一種在電池運行條件測定陽極傳質係數的方 法，具體技術方案為：
[0004] 一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法，其包括以下測試和計算步驟，
[0005] 1)電池運行模式中不同電流密度下陰極側CO2濃度(；611測定：
[0006] 於直接甲醇燃料電池的陽極進口通入甲醇水溶液，陰極進口通入O2或空氣，陰極 氣體出口連檢測器以檢測CO2濃度；
[0007] 2)陽極極化模式中與步驟（1)相同電流密度下陰極側CO2濃度(：_^測定：
[0008] 於直接甲醇燃料電池的陽極進口通入甲醇水溶液，陰極進口通入N2、He、Ar其中一 種或二種以上，陰極氣體出口連檢測器以檢測CO2濃度；
[0009] 3)電池運行模式中與步驟（1)相同電流密度下甲醇滲透量的計算：
[0010] 將運行模式測得CO2濃度Crell與陽極極化模式測得CO2濃度Canmte相減即可得到由 滲透到陰極的甲醇氧化而產生的〇)2量Jaj2;而滲透到陰極的甲醇被完全氧化為CO2，則由滲 透到陰極的甲醇氧化而產生的CO2量即可求得甲醇滲透量，即JXM°=H =Jcffi ;
[0011] 4)陽極流道內甲醇平均濃度Cdl的測定：
【權利要求】
1. 一種直接甲醇燃料電池陽極傳質係數的測定方法，其特徵在於：包括以下測試和計 算步驟， 1) 電池運行模式中不同電流密度下陰極側CO2濃度Crell測定： 於直接甲醇燃料電池的陽極進口通入甲醇水溶液，陰極進口通入O2或空氣，陰極氣體 出口連檢測器以檢測CO2濃度； 2) 陽極極化模式中與步驟（1)相同電流密度下陰極側CO2濃度Camde測定： 於直接甲醇燃料電池的陽極進口通入甲醇水溶液，陰極進口通入N2、He、Ar其中一種或 二種以上，陰極氣體出口連檢測器以檢測CO2濃度； 3) 電池運行模式中與步驟（1)相同電流密度下甲醇滲透量的計算： 將運行模式測得CO2濃度Crell與陽極極化模式測得CO2濃度C anmte相減即可得到由滲透 到陰極的甲醇氧化而產生的CO2量Jaj2 ;而滲透到陰極的甲醇被完全氧化為CO2，則由滲透到 陰極的甲醇氧化而產生的CO2量即可求得甲醇滲透量，即J=H =Jcq2;
4) 陽極流措由甲醇平均濃度Cch的測定： 式中Cin和Crat分別為陽極進口處及出口處甲醇濃度； 5) 陽極催化層內甲醇濃度Canl的計算：
式中 為從陽極滲透到陰極的甲醇通量， ^xover jMeOH ^ Dp^h為甲醇在電解質中的擴散係數，hPM為電解質膜的厚度，n drag為電滲拖曳係數，j為放 電電流密度，F為法拉第常量，C_為進料甲醇溶液中水的濃度； 6) 陽極傳質係數k的計算：
?中η為反應轉移電子數，F為法拉第常量，j為放電電流密度， Jmvct為甲醇滲透當量電流密度，Cdl為陽極流道內甲醇平均濃度，Cacd為陽極催化層內甲醇 濃度。
2. 按照權利要求1所述的測定方法，其特徵在於： 所述檢測器可以是紅外檢測器、質譜、色譜、或是CO2氣體採用Ba (0H)2、BaCl2、Ca (OH) 2中的一種水溶液先將CO2沉澱之後稱重計算得出CO2濃度。
【文檔編號】G01N13/00GK104515720SQ201310465006
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】孫公權, 楊林林, 孫海 申請人:中國科學院大連化學物理研究所