被動式DMFC氣泡行為的實驗研究和數值模擬

張飛翔，齊 亮，姚克儉

（浙江工業大學化學工程與材料學院 綠色化學合成技術國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州 310014）

直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種將化學能直接轉化成電能的發電裝置，具有環境友好、效率高的優點，日益受到各國政府和企業的重視[1-2]。DMFC根據電池供液方式的不同分為主動式和被動式。被動式DMFC結構更為簡單，由于沒有陽極燃料循環系統，更易于微型化，用于像筆記本電腦、手機和個人電子助手等電子設備，作為便攜式電源的最佳選擇之一[3-4]。在陽極通道中，甲醇溶液經多孔擴散層到達催化劑層，在催化劑層反應產生的CO2氣體會占據擴散孔道，對甲醇滲透產生影響，阻礙反應的進一步進行，因此能否及時排出對電池性能的提高具有重要影響[5]。

目前一些學者利用可視化技術對 DMFC內氣泡的產生過程進行了大量的實驗研究，考察了在不同條件下產生氣泡的形狀、脫離周期及脫離大小[6-7]，但由于實驗過程破壞了電池原有結構，對于微尺度下氣泡產生過程的觀察受到諸多條件的限制，因此有必要采用數值模擬的方法對其進一步研究。Delnoij等[8]運用歐拉制-拉格朗日模型描述了溶液中彈狀流的流體動力學。Lee等[9]運用多種流體模型對水平表面生長的氣泡進行了數值模擬。Xu等[10]運用有限元法對球形氣泡的生長過程進行了數值模擬。Gerlach等[11]結合 level-set和 VOF（volume of fluid）方法模擬了軸對稱坐標下氣泡的形成、脫離及上升過程。這些模型所研究的體系相對較大，對微細通道氣泡產生過程沒有研究。……