毕毕业业设设计计（论论文文 ）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 张宇峰 答 辩 日 期 2014 年 6 月 23 日 哈尔滨工业大学毕设计（论文）评语哈尔滨工业大学毕设计（论文）评语姓名： 郑 雪 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：_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：_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）：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年 月 日哈尔滨工业大学毕业设计（论文）任务书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DMFC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DMFC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DMFC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DMFC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DMFC（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 日哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）-I-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DMFC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DMFCDMFC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DMFC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 60DMFCC、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 30C、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；CNTDMFC哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）-II-AbstractMicro direct methanol fuel cells ()have been considered as one of the DMFCleading candidates for the future portable power sources because of their many advantages including small size, easy operation, high energy density and so on. Water management is one of the most important factors which have impact on electrode potential and overall cell voltage. The amount of water in influences cell sDMFCelectrode activation energy, humidity of ele