《自適應式微型直接甲醇燃料電池研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉曉為擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自適應式微型直接甲醇燃料電池研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉曉為
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微型直接甲醇燃料電池（μDMFC）是目前MEMS微能源領域的研究熱點，因其結構簡單、能量密度高、燃料易於儲存攜帶等特點有望成為未來微系統中最具前途的能源方式。基於MEMS技術的μDMFC研究包括基礎理論、製造技術和集成封裝等方面，採用新結構是目前提高電池性能的重要手段之一。本課題提出一種自適應式微型直接甲醇燃料電池新結構，旨在提高輸出性能與工作穩定性。結合電學、熱學、化學以及微流體動力學建立基於微尺度效應的μDMFC多物理場耦合模型對電池結構進行設計，依據甲醇流速、溫度和電流密度等參數之間的制衡關係，提出一種熱控流速微閥結構來自主適應負載變化的需要。對膜電極製備、微納製造和集成封裝等關鍵技術展開研究，利用MEMS技術實現自適應式μDMFC，進行性能分析並驗證新結構。本課題研究涉及到電子、化學、材料、新能源等研究領域，是典型的多學科交叉前沿課題，研究成果對MEMS技術發展具有重要意義。
結題摘要
本課題結合電學、熱學、化學以及微流體動力學等對電池結構進行設計，依據甲醇流速、溫度和電流密度等參數之間的制衡關係，提出一種自適應結構並利用微加工技術實現自適應式µDMFC，進行性能分析並驗證新結構。主要取得了以下創新性成果：（1）提出了基於回響面方法的微型直接甲醇燃料電池模型，建立了最佳供給速度與甲醇濃度和工作電流的關係，實驗測試結果表明：甲醇濃度、溶液流速和工作溫度均對電池性能存在顯著而複雜的影響，通過對實驗作參數的最佳化可以增強甲醇傳質，從而大幅度提高了電池的輸出性能；（2）利用微精密加工技術實現了微型直接甲醇燃料電池，有效面積為8×8×1.5 mm3（計畫核心尺寸15×15×5mm3），室溫下輸出開路電壓660mV，室溫下最大輸出功率密度50.59 mW/cm2（計畫最大輸出功率密度不小於30mW/cm2），已報導文獻中性能居於前列；（3）基於回響面分析方法，提出並設計了陽極自適應供給方式，並將其套用於自呼吸式µDMFC單體及電池組，對系統動態性能及穩定性進行了全面的測試與分析。項目實施過程中全面完成了申請書各項內容，在國內外期刊發表學術論文21篇（全部被SCI檢索），影響因子總和達50以上（計畫發表學術論文不少於10篇，其中SCI或EI檢索不少於6篇）；申請國家發明專利7項，其中1項獲得授權（計畫不少於3項）；培養博士研究生4名（其中畢業3名），碩士研究生4名（其中畢業3名）。
