In situ measurements of water crossover through the membrane for direct methanol fuel cells
C. Xu, T.S. Zhao
摘要
我们通过分析表明，通过测量阴极流场出口处的水流速，可以原位测定直接甲醇燃料电池 (DMFC) 所用膜的水渗透通量。这种测量方法可以研究各种设计和几何参数以及操作条件（例如阴极气体扩散层 (GDL) 的性质、膜厚度、电池电流密度、电池温度、甲醇溶液浓度、氧气流速等）对 DMFC 中水渗透通量的影响。水渗透通量通常是由于电渗阻力、扩散和背对流造成的。实验数据表明，由于跨膜水浓度差较大，在低电流密度下，扩散在总水渗透通量中占主导地位。随着电流密度的增加，扩散水通量降低，而背对流水通量增加。相应的净水传输系数也随电流密度的增加而降低。实验结果还表明，使用疏水阴极气体扩散层 (GDL) 和疏水微电极层 (MPL) 可以显著减少水透过膜的渗透，从而由于氧气传输的改善而显著提高极限电流。研究发现，电池工作温度、氧气流量和膜厚度均对水渗透有显著影响，但甲醇浓度的影响可以忽略不计。