流场结构对微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)的性能有着重要的影响,尤其表现在影响燃料供应和温度分布上。本文运用计算流体动力学(CFD)的方法,分析和比较了双蛇形和平行流场结构中流速、温度等分布情况。模拟结果表明双蛇形流场结构比平行流场结构显示出更优的流速分布和更均匀的温度分布。采用微机电系统(MEMS)技术,在N型单晶硅片上制作出流场结构,并组装成电池进行测试。实验结果表明:当温度为25℃,进口流速为0.01 m s-1时,由双蛇形流场结构制作的单电池功率密度达到了34.2 mWcm-2。
通过调控2种碳材料科琴黑[Ketjen Black EC-600JD(KB)]和黑珍珠[Black Pearls 2000(BP)]的比例,优化了室温下空气"自呼吸"式直接甲醇燃料电池膜电极集合体阴极微孔扩散层的孔结构,提高了氧气在阴极的传质,避免了液态水在阴极的累积。实验结果表明,阴极微孔扩散层中BP的添加对电池性能有较大的影响。当阴极微孔扩散层中的KB和BP碳材料以质量比9∶1混合时,25℃、空气"自呼吸"条件下,直接甲醇燃料电池的最大功率密度达20.8×10-3W/cm2,电池具有好的稳定性。高的功率密度和好的稳定性可归属于少量BP的添加改善了阴极微孔扩散层的孔结构。
