微型直接甲醇燃料电池及多孔硅的制备研究

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燃料电池是一种通过电化学反应,持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的发电装置,而微型直接甲醇燃料电池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,简称μDMFC)是直接利用甲醇作为阳极燃料的质子交换膜燃料电池,它具有工作时间长,工作温度低,甲醇来源丰富且存储方便,易于微型化和集成,以及产物对环境污染小等优点,是最有希望替代便携式电子设备中使用的传统电源的新型电源之一。  本文首先以μDMFC为研究对象,结合传统燃料电池的数学理论和微尺度流体力学,建立了电池的数学模型。该模型根据动量守恒、质量守恒以及电化学、微尺度流体学,分析了电池温度、甲醇溶液浓度、扩散层和催化层结构参数对μDMFC性能的影响。运用CFD软件COMSOL Multiphysics对模型进行计算,得出如下结果:相对于催化层而言,电池性能在很大程度上依赖于扩散层的参数。在一定范围内,扩散层和催化层的孔隙率适当的增大有益于电池性能提高。然后,对多孔硅在微型燃料电池的扩散层、催化层、质子交换膜构造中的应用以及多孔硅的制备进行了综述。采用单槽电化学阳极腐蚀的方法,在p型重掺杂单晶硅片(晶向为100)基体上制备了多孔硅。通过称重法计算出了多孔硅的厚度和孔隙率,结合多孔硅的SEM图片,综合分析了HF浓度、腐蚀时间、和腐蚀电流密度对多孔硅参数的影响。
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