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cnt基阴极扩散电极的研究学士学位论文

各专业完整优秀毕业论文设计图纸

毕业设计（论文）

题目CNT基阴极扩散电极的研究

专业电子信息科学与技术

学号1102100510

学生郑雪

指导教师

答辩日期2014年6月23日

哈尔滨工业大学毕设计（论文）评语

姓名：

学号：

1102100510专业：

电子信息科学与技术

毕业设计（论文）题目：

CNT基阴极扩散电极的研究

工作起止日期：

2013年12月9日起2014年6月25日止

指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：

Nafion膜作为甲醇燃料电池的电解质膜，存在比较严重的甲醇渗透问题，从而降低了电池的输出性能，因此需要对Nafion膜进行改性处理来降低甲醇渗透。

本文对Nafion膜的改性处理进行了充分的调研，在总结前人研究结果的基础上，系统探究了浸渍还原法制备Pd-Nafion复合膜的工艺参数对改性膜性能的影响，并对传统的浸渍还原法进行改进，在Nafion膜的浸泡过程中通过引入脉冲电场来使得更多的Pd原子沉积进入Nafion膜中，从而进一步减小了Nafion膜的甲醇渗透，同时对电场参数的影响也进行了研究。

论文的研究工作创新性较强，内容饱满，论文结构合理，条理清晰，达到了本科生毕业设计论文的要求。

该生在毕业设计中工作努力，思路灵活，很好地完成了导师布置的各项任务，具备较强的独立完成工作的科研能力。

指导教师签字：

指导教师职称：

评阅人评阅意见：

微型燃料电池是一种重要的MEMS器件，近几年受到了国内外学者的高度关注，论文选题具有重要的理论意义和应用价值。

甲醇渗透一直是抑制电池性能提高的瓶颈之一，本文对微型甲醇燃料电池及解决甲醇渗透相关方法的国内外研究现状进行了充分的调研。

在分析直接甲醇燃料电池工作原理的基础上，重点对甲醇渗透进行了深入地研究，首先采用溶液浸渍法制备Pd-Nafion改性膜，并分析了各种参数对电池性能的影响；在此基础上，提出了一种施加电场辅助对Nafion膜进行改性处理的方法，讨论了各种条件对电池性能的影响，从而确定了膜改性的最佳工艺条件，结果表明采用新方法改性的微型燃料电池性能要优于未改性，工作创新性较强，是一篇优秀论文。

论文图表规范、条理清晰、结构合理、分析正确，达到了本科生毕业设计论文的规范和要求，同意答辩。

评阅教师签字：

评阅教师职称：

答辩委员会评语：

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根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：

学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：

对毕业设计（论文）的特殊评语：

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答辩委员会主任（签字）：

职称：

答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员（签字）：

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年月日

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书

姓名：

郑雪院（系）：

航天学院

专业：

电子信息科学与技术班号：

1021202

任务起至日期：

2013年12月9日至2014年6月25日

毕业设计（论文）题目：

CNT基阴极扩散电极的研究

立题的目的和意义：

微型直接甲醇燃料电池（）由于具有体积小巧、携带方便、能量转换效率高和结构简单的优点，成为未来便携式西东能源的首选。

目前的阴极水淹现象随燃料电池尺寸的减小而变得越发严重，这将严重阻碍的放电性能，中的水管理系统也成为了关键技术。

膜电极组件（MEA）的润湿程度以及水能否从扩散层中成功排出都将限制电池的能量密度和使用寿命。

水分不足将导致质子交换膜（PEM）和催化层干枯，进而引起欧姆接触电阻增大；水分过量则引起持续的阴极水淹现象，造成O2在阴极气体扩散层发生阻塞。

本课题的研究目的就是设计新型的基于CNT的阴极扩散电极，以解决阴极水淹和O2传质。

技术要求与主要内容：

针对中阴极水管理设计了

（1）仔细分析燃料电池水管理系统的工作原理，包括阴极水的来源和去向。

得到影响阴极O2传质性能以及可能导致阴极水淹的各种因素。

从原因入手，并结合国内外已有方案的优缺点，拿出合理的解决办法。

（2）

进度安排：

2011年12月26日～2012年1月14日：

毕业实习，阅读国内外文献，了解DMFC在国内外的发展现状，掌握DMFC的工作原理；

2012年1月14日～2012年2月25日：

熟悉实验室环境以及实验仪器，了解实验室所使用被动式DMFC的性能；

2012年2月26日～2012年3月16日：

进一步了解研究背景、国内外研究现状，撰写开题报告并进行开题答辩；

2012年3月17日～2012年3月31日：

确定实验基本步骤，解决实验存在的困难。

2012年4月1日～2012年4月15日：

采用浸渍还原法，不施加电场，在不同条件下制备改性膜，测试其性能。

2012年4月16日～2012年5月10日：

在溶液浸渍法基础上施加不同强度的电场，制备不同条件下的改性膜，测试其性能。

2012年5月11日～2012年5月31日：

根据实验数据，总结实验结果，给出结论。

2012年6月1日～2012年6月25日：

撰写毕业论文，准备毕业答辩。

同组设计者及分工：

无

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

摘要

微型直接甲醇燃料电池（）具有体积小巧、操作简单、能量密度高等突出优点，在微小型便携式产品领域具有广阔的应用前景。

水管理是影响电池性能参数的重要因素之一。

一个燃料电池中水的含量直接影响了它的电极活化能，电解质薄膜的浸润情况以及反应物的传质效率。

随着微电子机械系统（MEMS）技术的快速发展，的尺寸越来越小，使得中的水管理系统成为关键。

本论文设计了CNT（碳纳米管）基新型阴极扩散电极结构来解决阴极水淹问题。

CNT纸对其表面的水具有吸附作用和分散作用，能够减少O2传质困难带来的影响；同时CNT纸内部的毛细管状结构能够使水蒸气发生毛细凝聚现象，进而在毛细压力的作用下透过CNT纸蒸发到空气中，提高了电池的排水速率。

论文系统的研究了单体中水的来源和去向，并结合CNT纸自身的特点分析了它对燃料电池内部水传输所具有的影响。

结果表明，具有这种CNT基新型阴极扩散电极的在高温高浓度下表现出很强的优越性，在60°C、8mol/L的甲醇浓度下，电池的最大功率密度达到27.23mW/cm2，超出传统电池的32.7%；新型燃料电池的长时间放电稳定性也得到提高，在30°C、6mol/L的甲醇浓度下，新型燃料电池的恒流放电时间为494min，超出传统电池的63.5%。

同时，本论文还定量计算了新型燃料电池和传统电池的水传输系数，结果表明新型燃料电池确实能够减少从阳极渗透到阴极的水。

关键词：

纸；阴极水淹；毛细凝聚；

Abstract

Microdirectmethanolfuelcells（）havebeenconsideredasoneoftheleadingcandidatesforthefutureportablepowersourcesbecauseoftheirmanyadvantagesincludingsmallsize,easyoperation,highenergydensityandsoon.Watermanagementisoneofthemostimportantfactorswhichhaveimpactonelectrodepotentialandoverallcellvoltage.Theamountofwaterininfluencescellelectrodeactivationenergy,humidityofelectrolytemembraneandefficiencyofreactanttransferdirectly.Asmicroelectro-mechanicaltechnologydevelops,thesizeofbecomessmallerandsmaller,whichnecessitateshigh-efficiencywatermanagementofcells.

Inthispaper,anovelgasdiffusionelectrodemadeofcarbonnanotubes（CNT）paperisdesignedtoavoidcathodewaterflooding.CNTpaperhasstrongabilitiesofwaterabsorptionanddispersion,thusitcanreducedifficultiesofoxygentransfer.Moreover,capillary-likestructuresinCNTpaperareabletoinducecapillarycondensationofwatervaporproducedbycathodereductionreaction,t