DMFC多孔Pt-Ru阳极甲醇氧化宏观动力学模型化

• 作者: 孙彦平 邢磊
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 直接甲醇燃料电池 多孔阳极 甲醇氧化 双位机理 宏观动力学 数学模型
• 年，卷（期）: 2009,（1）
• 所属期刊栏目: 催化、动力学与反应器
• 页码范围: 55-68
• 页数: 14页
• 分类号: TM911
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:0438-1157.2009.01.009

摘要

本文旨在建立和求解DMFC多孔阳极甲醇氧化宏观动力学理论数模.根据Pt-Ru催化剂上双位机理,得到包含CO和OH覆盖率的甲醇水解本征动力学表达式;通过对该多孔阳极微元体积中的物料和电(荷)量衡算,导出了描述电极中浓度和超电势分布的两个耦联的模型方程.经量纲1化后,获得以量纲1变量和准数表示的普遍化宏观动力学数模.该模型包括催化层厚度l、比表面积a、有效扩散系数De和有效液相电导率κe等工程参数,特别是包括了与动力学参数相关且作为厚度变量函数的CO和OH覆盖率.进而,文中还给出了DMFC多孔阳极效率因子和极化曲线的计算公式.该数模为一非线性二阶微分方程组边值问题,经解耦,可得到两个同解的微分方程.用Newman的BAND(J)程序对方程进行数值求解,并在每一节点计算中嵌入一个计算CO和OH覆盖率的子程序.将模型预测值与甲醇氧化多孔阳极的极化实验数据进行对比发现:当宏观电流密度较低时二者能很好相符;当宏观电流密度较高、CO2形成气泡的影响变大时,实验值有规律地偏低于预测值.详细的宏观动力学分析表明:提高催化剂Pt位甲醇电分解活性以减少功率损失、优化多孔电极微观和宏观结构以削弱两相流影响,应是改善该阳极性能的重要课题.本工作也可为直接乙醇燃料电池(DEFC)、直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极的理论分析提供参考.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	孙彦平	太原理工大学洁净化工研究所	136	1387	19.0	29.0
2	邢磊	太原理工大学洁净化工研究所	2	8	2.0	2.0