【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 題 目 CNT 基陰極擴(kuò)散電極的研究 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號 1102100510 學(xué) 生 鄭 雪 指 導(dǎo) 教 師 張宇峰 答 辯 日 期 2021 年 6 月 23 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢 設(shè)計(jì)（論文）評語 姓名： 鄭 雪 學(xué)號： 1102100510 專業(yè)： 電 子信息科學(xué)與技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： CNT 基陰極擴(kuò)散電極的研究 工作起止日期： 2021 年 12 月 9 日起 2021 年 6 月 25 日止 指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評分意見： Nafion 膜作為 甲醇燃料電池的電解質(zhì)膜，存在比較嚴(yán)重的甲醇滲透問題，從而降低了電池的輸出性能，因此需要對 Nafion 膜進(jìn)行改性處理來降低甲醇滲透。本文對 Nafion 膜的改性處理進(jìn)行了充分的調(diào)研，在總結(jié)前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)探究了浸漬還原法制備 PdNafion 復(fù)合膜的工藝參數(shù)對改性膜性能的影響，并對傳統(tǒng)的浸漬還原法進(jìn)行改進(jìn)，在 Nafion 膜的浸泡過程中通過引入脈沖電場來使得更多的 Pd原子沉積進(jìn)入 Nafion膜中，從而進(jìn)一步減小了 Nafion 膜的甲醇滲透，同時(shí)對電場參數(shù)的影響也進(jìn)行了研究。論文的研究工作創(chuàng)新性較強(qiáng)，內(nèi)容 飽滿，論文結(jié)構(gòu)合理，條理清晰，達(dá)到了本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的要求。該生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中工作努力，思路靈活，很好地完成了導(dǎo)師布置的各項(xiàng)任務(wù)，具備較強(qiáng)的獨(dú)立完成工作的科研能力。 指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱： 評閱人評閱意見： 微型燃料電池是一種重要的 MEMS 器件，近幾年受到了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注，論文選題具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。甲醇滲透一直是抑制電池性能提高的瓶頸之一，本文對微 型甲醇燃料電池及解決甲醇滲透相關(guān)方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了充分的調(diào)研。在分析直接甲醇燃料電池工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對甲醇滲透進(jìn)行了深入地研究，首先采用溶液浸漬法制備 PdNafion 改性膜，并分析了各種參數(shù)對電池性能的影響；在此基礎(chǔ)上，提出了一種施加電場輔助對 Nafion 膜進(jìn)行改性處理的方法，討論了各種條件對電池性能的影響，從而確定了膜改性的最佳工藝條件，結(jié)果表明采用新方法改性的微型燃料電池性能要優(yōu)于未改性，工作創(chuàng)新性較強(qiáng)，是一篇優(yōu)秀論文。論文圖表規(guī)范、條理清晰、結(jié)構(gòu)合理、分析正確，達(dá)到了本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 的規(guī)范和要求，同意答辯 。 評閱教師簽字： 評閱教師職稱： 答辯委員會(huì)評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評定： 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）的特殊評語： ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 答辯委員會(huì)主任（簽字）： 職稱： 答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 答辯委員會(huì)委員（ 簽字）： ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓 名： 鄭 雪 院 （系）： 航天學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 號： 1021202 任務(wù)起至日期： 2021 年 12 月 9 日至 2021 年 6 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： CNT 基陰極擴(kuò)散電極的研究 立題的目的和意義： 微型直接甲醇燃料電池 （ DMFC? ）由于具有體積小巧、攜帶方便、能量轉(zhuǎn)換效率高和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，成為未來便攜式西東能源的首選。目前 DMFC? 的陰極水淹現(xiàn)象隨 燃料電池尺寸的減小而變得越發(fā)嚴(yán)重 ， 這將嚴(yán)重阻礙 DMFC? 的放電性能 ， DMFC? 中的水管理系統(tǒng)也成為了關(guān)鍵技術(shù) 。 膜電極組件 （ MEA）的潤濕程度以及水能否從擴(kuò)散層中成功排出都將限制電池的能量密度和使用壽命。水分不足將導(dǎo)致質(zhì)子交換膜（ PEM）和催化層干枯，進(jìn)而引起歐姆接觸電阻增大；水分過量則引起持續(xù)的陰極水淹現(xiàn)象，造成 O2在陰極氣體擴(kuò)散層發(fā)生阻塞。本課題的研究目的就 是設(shè)計(jì)新型的基于 CNT 的陰極擴(kuò)散電極，以解決陰極水淹和 O2 傳質(zhì)。 技術(shù)要求與主要內(nèi)容： 針對 DMFC? 中陰極水管理設(shè)計(jì)了 （ 1）仔細(xì)分析燃料電池水管理系統(tǒng)的工作原理，包括陰極水的來源和去向。得到影響陰極 O2 傳質(zhì)性能以及可能導(dǎo)致陰極水淹的各種因素。從原因入手，并結(jié)合國內(nèi)外已有方案的優(yōu)缺點(diǎn)，拿出合理的解決辦法。 （ 2） 進(jìn)度安排： 2021 年 12 月 26 日～ 2021 年 1 月 14 日：畢業(yè)實(shí)習(xí)，閱讀國內(nèi)外文獻(xiàn)，了解 DMFC在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，掌握 DMFC 的工作原理； 2021 年 1 月 14 日～ 2021 年 2 月 25 日：熟悉實(shí)驗(yàn)室環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)儀器，了解實(shí)驗(yàn)室所使用被動(dòng)式 DMFC 的性能； 2021 年 2 月 26 日～ 2021 年 3 月 16 日：進(jìn)一步了解研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，撰寫開題報(bào)告并進(jìn)行開題答辯； 2021 年 3 月 17 日～ 2021 年 3 月 31 日：確定實(shí)驗(yàn)基本步驟，解決實(shí)驗(yàn)存在的困難。 2021 年 4 月 1 日～ 2021 年 4 月 15 日：采用浸漬 還原 法，不施加電場， 在不同條件下 制備改性膜，測試其性能。 2021 年 4 月 16 日～ 2021 年 5 月 10 日：在溶液浸漬法基礎(chǔ)上施加不同強(qiáng)度的電場，制備不同 條件下 的 改性膜，測試其性能。 2021 年 5 月 11 日～ 2021 年 5 月 31 日：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出結(jié)論。 2021 年 6 月 1 日～ 2021 年 6 月 25 日：撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 同組設(shè)計(jì)者及分工： 無 指導(dǎo)教師簽字 ___________________ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字 ___________________ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） I 摘 要 微型直接甲醇燃料電池 （ DMFC? ） 具有體積小巧、 操作 簡單 、能量密度高等突出優(yōu)點(diǎn)， 在微小型便攜式產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 水管理是影響 電池性能 參數(shù) 的 重要因素 之一。一個(gè)燃料 電池中水的 含量 直接影響了它的電極活化能，電解質(zhì)薄膜的浸潤情況以及反應(yīng)物的傳質(zhì)效率。 隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)（ MEMS）技術(shù)的快速發(fā)展， DMFC? 的尺寸越來越小，使得 DMFC? 中 的 水管理系統(tǒng)成為關(guān)鍵。 本論文 設(shè)計(jì)了 CNT（碳納米管 ） 基 新型陰極擴(kuò)散電極結(jié)構(gòu) 來解決 陰極水淹問題 。 CNT 紙對其表面 的 水 具有 吸附 作用和分散 作用， 能夠減少 O2傳質(zhì) 困難帶來的影響 ； 同時(shí) CNT 紙 內(nèi)部的毛細(xì)管狀結(jié)構(gòu)能夠使水蒸氣發(fā)生毛細(xì)凝聚現(xiàn)象 ， 進(jìn)而在毛細(xì)壓力 的 作用下透過 CNT 紙 蒸發(fā)到空氣中 ， 提 高了 電池的排水速率 。 論文 系統(tǒng)的研究了 DMFC? 單體 中 水的 來源和去向，并結(jié)合 CNT 紙自身 的特點(diǎn)分析了 它對燃料電池內(nèi)部水傳輸所具有的影響。結(jié)果表明 ，具有這種 CNT 基 新型陰極擴(kuò)散電極 的 DMFC? 在 高溫高濃度下表現(xiàn)出 很強(qiáng) 的優(yōu)越性， 在 60176。 C、 8mol/L 的 甲醇濃度下， 電池的 最大功率密度達(dá)到 ， 超出傳統(tǒng) 電池的 %； 新型燃料電池的長時(shí)間放電穩(wěn)定性也得到提高，在 30176。 C、 6mol/L 的 甲醇濃度下，新型燃料電池的恒流放電時(shí)間為 494min， 超出傳統(tǒng)電池的 %。 同時(shí) ， 本論文 還 定量計(jì)算了新型 燃料電 池 和 傳統(tǒng)電池的 水傳輸系數(shù) ， 結(jié)果 表明新型燃料電池確實(shí)能夠減少從陽極 滲透到 陰極 的水。 關(guān)鍵詞 ： CNT 紙； 陰極水淹 ；毛細(xì)凝聚； DMFC? 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） II Abstract Micro direct methanol fuel cells ( DMFC? )have been considered as one of the leading 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 sDMFC? influences cell electrode activation energy, humidity of electrolyte membran