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直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)作为一种清洁、高效、高能量密度的发电装置,十分适合应用于便携式电子设备、交通运输、军工等领域。现阶段,DMFC普遍存在甲醇穿透、催化剂毒化、阴极水淹等问题,对电池的输出性能均造成不利影响。对DMFC关键参数进行合理设计是解决以上问题,提高电池输出性能和能量转化率的有效途径。本文从DMFC的关键运行参数和几何参数出发,研究不同类关键参数对电池性能的影响,并进行关键参数优化。首先,介绍了 DMFC的工作原理并根据DMFC的电化学理论计算模型,分析影响电池性能的关键运行参数和几何参数,其中关键运行参数包括运行温度T、甲醇浓度CMe、甲醇流速FMe,关键几何参数主要指电池流道截面渐缩率δ。其次,根据本文研究内容,设计并搭建一套DMFC性能测试系统,并确定测试系统的测试方法。定义了包括电池Ⅰ-Ⅴ曲线、阴极出口 C02浓度、燃料利用率三个因素的DMFC综合性能指标。根据实验结果,分析关键运行参数和几何参数对DMFC的Ⅰ-Ⅴ曲线、阴极出口 CO2浓度、燃料利用率的影响情况。在此基础之上,利用多指标综合评价方法,综合评价DMFC的性能,进一步对电池各个参数取值范围进行优化。最后,在实验研究之上,建立DMFC的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真模型,利用 DMFC 的 CFD仿真模型计算不同运行条件下电池内部各层面上甲醇浓度分布情况,分析阐明关键参数对DMFC性能影响机理。研究结果表明,电池最佳运行温度T的大小随着电池的放电电流密度上升而逐渐上升;甲醇浓度CMe过高或过低对DMFC性能具有不利的影响;甲醇流速FMw在1.5-2.5ccm(cubic centimeter per minutes)范围内可以获得最好的综合评价指数;δ为20%的渐缩截面蛇形流道比δ为0的等截面蛇形流道具有更好的性能;电池几何参数对DMFC性能的影响与电池运行温度具有耦合效应,温度过高或过低,δ为20%的渐缩截面蛇形流道带来的DMFC性能优势不明显,而在中等温度条件下,δ为20%的渐缩截面蛇形流道的DMFC性能优势十分明显。