【正文】 各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設計圖紙 畢業(yè)設計（論文 ） 題目 CNT 基陰極擴散電極的研究 專業(yè) 電子信息科學與技術 學號 1102100510 學生 鄭雪 指導教師 答辯日期 2021 年 6 月 23 日 哈爾濱工業(yè)大學畢 設計（論文）評語 姓名：學號： 1102100510 專業(yè)： 電 子信息科學與技術 畢業(yè)設計（論文）題目： CNT 基陰極擴散電極的研究 工作起止日期： 2021 年 12 月 9 日起 2021 年 6 月 25 日止 指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質量及評分意見： Nafion 膜作為甲醇 燃料電池的電解質膜，存在比較嚴重的甲醇滲透問題，從而降低了電池的輸出性能，因此需要對 Nafion 膜進行改性處理來降低甲醇滲透。本文對 Nafion 膜的改性處理進行了充分的調研，在總結前人研究結果的基礎上，系統(tǒng)探究了浸漬還原法制備 PdNafion 復合膜的工藝參數(shù)對改性膜性能的影響，并對傳統(tǒng)的浸漬還原法進行改進，在 Nafion 膜的浸泡過程中通過引入脈沖電場來使得更多的 Pd 原子沉積進入 Nafion 膜中，從而進一步減小了 Nafion 膜的甲醇滲透，同時對電場參數(shù)的影響也進行了研究。論文的研究工作創(chuàng)新性較強，內容飽滿 ，論文結構合理，條理清晰，達到了本科生畢業(yè)設計論文的要求。該生在畢業(yè)設計中工作努力，思路靈活，很好地完成了導師布置的各項任務，具備較強的獨立完成工作的科研能力。 指導教師簽字：指導教師職稱： 評閱人評閱意見： 微型燃料電池是一種重要的 MEMS 器件，近幾年受到了國內外學者的高度關注，論文選題具有重要的理論意義和應用價值。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方法的國內外研究現(xiàn)狀進行了充分的調研。在分析直接甲醇燃料 電池工作原理的基礎上，重點對甲醇滲透進行了深入地研究，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；在此基礎上，提出了一種施加電場輔助對 Nafion 膜進行改性處理的方法，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，是一篇優(yōu)秀論文。論文圖表規(guī)范、條理清晰、結構合理、分析正確，達到了本科生畢業(yè)設計論文的規(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 會評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定： 學生畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語： ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 答辯委員會主任（簽字）： 職稱： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員（簽字）： ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ 年月日 哈爾濱工業(yè)大學畢業(yè)設計 （論文）任務書 姓名： 鄭雪 院（系）： 航天學院 專業(yè)： 電子信息科學與技術 班號： 1021202 任務起至日期： 2021 年 12 月 9 日至 2021 年 6 月 25 日 畢業(yè)設計（論文）題目： CNT 基陰極擴散電極的研究 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、能量轉換效率高和結構簡單的優(yōu)點，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)嚴重 ， 這將嚴重阻礙 DMFC? 的放電性能 ， DMFC? 中的水管理系統(tǒng)也成為了關鍵技術 。 膜電極組件 （ MEA）的潤濕程度以及水能否從擴散層中成功排出都將限制電池的能量密度和使用壽命。水分不足將導致質子交換膜（ PEM）和催化層干枯，進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在陰極氣體擴散層發(fā)生阻塞。本課題的研究目的就是設計新型的基于 CNT 的陰極擴散電極，以解決陰極水淹和 O2 傳質。 技術要求與主要內容： 針對 DMFC? 中陰極水管理設計了 （ 1）仔細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 傳質性能以及可能導致陰極水淹的各種因素。從原因入手，并結合國內外已有方案的優(yōu)缺點，拿出合理的解決辦法。 （ 2） 進度安排： 2021 年 12 月 26 日～ 2021 年 1 月 14 日：畢業(yè)實習，閱讀國內外文獻，了解 DMFC在國內外的發(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：熟悉實驗室環(huán)境以及實驗儀器，了解實驗室所使用被動式 DMFC 的性能； 2021 年 2 月 26 日～ 2021 年 3 月 16 日：進一步了解研究背景、國內外研究現(xiàn)狀，撰寫開題報告并進行開題答辯； 2021 年 3 月 17 日～ 2021 年 3 月 31 日：確定實驗基本步驟，解決實驗存在的困難。 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：在溶液浸漬法基礎上施加不同強度的電場，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)實驗數(shù)據(jù)，總結實驗結果，給出結論。 2021 年 6 月 1 日～ 2021 年 6 月 25 日：撰寫畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。 同組設計者及分工： 無 指導教師簽字 ___________________ 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 本科畢業(yè) 設計（ 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， 在微小型便攜式產品領域具有廣闊的應用前景。 水管理是影響 電池性能 參數(shù) 的 重要因素 之一。一個燃料 電池中水的 含量 直接影響了它 的電極活化能，電解質薄膜的浸潤情況以及反應物的傳質效率。 隨著微電子機械系統(tǒng)（ MEMS）技術的快速發(fā)展， DMFC? 的尺寸越來越小，使得 DMFC? 中 的 水管理系統(tǒng)成為關鍵。 本論文 設計了 CNT（碳納米管 ） 基 新型陰極擴散電極結構 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 困難帶來的影響 ； 同時 CNT 紙 內部的毛細管狀結構能夠使水蒸氣發(fā)生毛細凝聚現(xiàn)象 ， 進而在毛細壓力 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，并結合 CNT 紙自身 的特點分析了 它對燃料電池內部水傳輸所具有的影響。結果表明 ，具有這種 CNT 基 新型陰極擴散電極 的 DMFC? 在 高溫高濃度下表現(xiàn)出 很強 的優(yōu)越性， 在 60176。 C、 8mol/L 的 甲醇濃度下， 電池的 最大功率密度達到 ， 超出傳統(tǒng) 電池的 %； 新型燃料電池的長時間放電穩(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 放電時間為 494min， 超出傳統(tǒng)電池的 %。 同時 ， 本論文 還 定量計算了新型 燃料電池 和 傳統(tǒng)電池的 水傳輸系數(shù) ， 結果 表明新型燃料電池確實能夠減少從陽極 滲透到 陰極 的水。 關鍵詞 ： CNT 紙； 陰極水淹 ；毛細凝聚； DMFC? 哈爾濱工業(yè)大學 本科畢業(yè) 設計（ 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 membrane and efficiency of reactant transfer directly. As micro electromechanical technology develops, the size of bees smaller and smaller, which necessitates highefficiency water management of cells. In this paper, a novel gas diffusion electrode made of carbon nanotubes (CNT) paper is designed to avoid cathode water flooding. CNT paper has strong abilities of water absorption and dispersion, thus it can reduce difficulties of oxygen transfer. Moreover, capillarylike structures in CNT paper are able to induce capillary condensation of water vapor produced by cathode reduction reaction, then condensed water evaporates into air through CNT paper by capillary forces. This characteristics have improved water drainage r