【摘 要】
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随着社会的进步与人类的需求,可在长时间弯曲条件下工作的柔性电子出现并快速发展,同时也带来了对于电池的柔性要求,微型直接甲醇燃料电池（Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC）因为能量密度高、燃料易携带的优点广泛应用到军事与日常生活方面。μDMFC的柔性化实现对于柔性电子的发展具有重要意义。本文主要研究实现μDMFC的核心功能部件——膜电极的柔性化。本文用COMSO
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随着社会的进步与人类的需求,可在长时间弯曲条件下工作的柔性电子出现并快速发展,同时也带来了对于电池的柔性要求,微型直接甲醇燃料电池（Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC）因为能量密度高、燃料易携带的优点广泛应用到军事与日常生活方面。μDMFC的柔性化实现对于柔性电子的发展具有重要意义。本文主要研究实现μDMFC的核心功能部件——膜电极的柔性化。本文用COMSOL软件建立了柔性膜电极的仿真模型,探究了膜电极弯曲程度对电池性能的影响,一方面会使得膜电极—集流板间的接触电阻降低,另一方面,也会造成阴阳极电流密度分布的不均,带来膜电极整体电流密度的小范围下降,证实了膜电极柔性工作的可能性。利用模型模拟了不同压缩程度下膜电极的性能变化,结果显示随着压缩程度的增加,电池的输出功率密度也是呈现先增后减的趋势。然后确立了柔性膜电极的制备流程,并在仿真基础上对制备流程的参数进行了优化,实验结果显示阳极Pt Ru总载量为3 mg/cm~2,阴极Pt载量为2 mg/cm~2,压缩比为37.5%时,碳布膜电极具有最佳性能,60℃时最大输出功率密度为42.16m W/cm~2,30℃时最大输出功率密度为29.20 m W/cm~2。本文比较了碳布膜电极与碳纸膜电极的性能,碳布膜电极的性能在弯折前性能稍低于碳纸膜电极。在重复弯折测试后,碳纸膜电极表面产生明显的物理损伤,开路电压显著降低,性能也出现大幅下降,最大达到了74.23%。而碳布膜电极在多次弯折后,膜电极没有明显物理样貌变化,开路电压有所增加,输出功率密度基本维持不变。在弯折测试后,碳布膜电极的性能远远好于碳纸膜电极。证实了碳布更适宜作为柔性膜电极的扩散层组件。
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