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随着自然资源的日益缺乏和人们环保意识的提高,燃料电池作为一种绿色能源受到越来越多的青睐,它具有高能量比、模块化、方便持久和环境友好等优点,可同时解决节能和环保两大难题。以甲醇为燃料的直接甲醇型燃料（DMFC）电池是单兵电源、笔记本电脑等供电的优选小型便携式电源,目前正处在研究开发阶段。 本文首先利用计算流体力学模拟软件,对直接甲醇燃料电池的工作过程进行了模拟,模型的控制方程耦合了连续性方程、模拟电化学反应的Butler-Volmer方程和动量方程等。模型分为集流板、流体通道、扩散层和催化层,同时假定燃料为粘性不可压缩流体,其流动符合层流假设,将Navier-Stokes方程组作为各区域内的基本传输方程。模型考虑了甲醇燃料在多孔介质中的质量传输特性,同时也考虑了生成CO2后流道中气液两相流的流动。通过对模型的求解,得到了不同工作条件（燃料浓度、入口流量、燃料温度）下和不同流场形态（流道截面宽度、截面高度和流道间距）下DMFC的工作性能,输出了平均电流密度和电压等参数,同时也得到了DMFC内部速度场、燃料组分浓度和生成物浓度的分布图,为实验研究提供了参考数据。 在数值模拟的基础上,本文采用课题组设计制作的自呼吸式直接甲醇燃料电池,依据流道宽度、高度及肩宽的不同共有12种阳极流场板,对应12个不同的电池,每块流场板的流道都分布在5mm×10mm的范围内,整个流场板的面积是300mm2。整个电池由五部分组成,分别为阳极盖片、阳极流场板、MEA、阴极集流板和阴极盖片,阳极流场板由不锈钢材料加工而成,同时起到了集流板的作用,在MEA和流场板之间有集流网,以便更好的收集电流,阳极和阴极盖片的材料均为透明有机玻璃。 本文使用的课题组设计制作的燃料电池测试平台分为五个部分:立体视觉系统、双道微量注射泵、电子负载（上位机）、燃料电池和控制计算机。利用这个测试平台对不同工作条件下和不同流场形态下的电池性能进行了测定,发现电池的极限电流密度和功率随燃料入口速度及DMFC内温度的增大而增大,甲醇浓度在2mol/L时最优,而流道截面宽度为600μm、高度为600μm、间距为400μm时的流场形态最优,同时利用显微镜直接观测了阳极流场中的气泡生成情况和阴极侧水的生成情况。