DMFC电池中影响甲醇渗透的关键因素

来源:钜大LARGE    2011-05-28 19:05:00    点击量:0

DMFC中甲醇的渗透受甲醇浓度、温度、膜厚度和电流密度等因素的影响。
电池的开路电压随着甲醇的浓度增大而降低。这主要是由于浓度越高,甲醇透过膜的渗透会加剧,从而导致了较低的电池性能。在高浓度的甲醇情况下,通过直接穿透Nation膜的甲醇量占燃料总量的比例可高达40%。同时,甲醇对阴极产生的毒化作用增强,阴极的性能会明显降低。
甲醇的渗透率随温度的上升而增加。Nafion 115膜在I mol/L甲醇中的渗透和膜面积电阻率随温度的变化如图8-4所示。在80℃以下,甲醇溶液以液体进料。甲醇的渗透随温度的升高而增加,在20℃时为56mA/cm2,在80℃时提高到21一mA/cm2,同时Nafion的面积电阻率由0. 40n·cm2cm降低到0. 1411·cm2cm。在105℃,甲醇和水均以气体进料,此时甲醇的渗透减少而电阻增加。这是由于膜中没有足量的水,膜的表面特性发生变化,疏水性增强,质子导电性降低。
膜的厚度对甲醇的渗透有重要的影响,甲醇的渗透速率与膜的厚度成反比,随着膜厚度的增加,甲醇渗透量减少。有研究发现,当膜的厚度从127nm增加到356nm时,甲醇的渗透可减少约40%-50%,这是因为当膜的厚度增加时,甲醇在膜中的传质阻力会不断增大。膜的当量对甲醇渗透也有影响,当量大的Nafion膜具有较低的甲醇渗透率,因为当量大的膜其膜内传质阻力较大。
电流密度对甲醇渗透率的影响来自两个方面。一方面,随着电流密度的增加,阴极生成的水量会增加,这样可以减少甲醇渗透。另一方面,随着电流密度的增加,甲醇的利用率也会提高,从而降低了甲醇渗透量。