尿素/过硫酸钠纸基微流体燃料电池产电特性

本文提出一种尿素/过硫酸钠完全被动式纸基微流体燃料电池,通过方波电流法将非贵金属镍催化剂电沉积到碳纸上制备阳极,阴极无需催化剂负载,电池成本大大降低。在不同结构及燃料、氧化剂、电解液浓度下测试了电池性能,结果表明,双层纸结构能大幅提高反应物流速,强化反应物传质,提高性能;电池在电极间距为6 mm、燃料浓度为0.3 mol·L^(-1)、氧化剂和电解液浓度均为1.0 mol·L^(-1)时,峰值功率密度和极限电流密度分别为5.9 m W·cm^(-2)和23.5 m A·cm^(-2),且运行稳定性较好。

环境温度对纸基微流体燃料电池性能影响的实验研究

随着诊断和传感领域中小型电子设备对便携式、可持续、清洁电源的需求,刺激了对新型微型电源的研究与开发。纸基微流体燃料电池凭借其结构简单、成本低廉、无污染的特点逐渐成为医学诊断微型电子设备最有前景的供能装置。本文研究了环境温度、燃料浓度对纸基微流体燃料电池输出性能的影响,并且研究了高温下纸基微流体燃料电池的耐久性。研究结果表明,随着环境温度的增大,催化活性不断增强,电池内部离子传输阻力减小,燃料电池输出性能不断提高,温度为45℃时,燃料电池性能达到最优,其峰值功率密度为22.26 mW/cm^(2);提高燃料浓度有利于增强电池内部离子传输速率,减少离子传输阻力,使得电池性能提升;在高温下长时间工作,电池催化剂活性下降,内部离子传输阻力增大,电池性能下降。

阳极流道具有微孔阵列的被动式纸基微流体燃料电池性能特性

纸基微流体燃料电池利用纸多孔介质内毛细渗流实现了阴阳极反应物被动输运和自然分隔,去除了质子交换膜和微泵,是基于电化学反应的新一代纸基微流控芯片理想的新型微型电源.针对常规纸基微流体燃料电池存在的燃料传质限制,本文提出阳极流道具有微孔阵列的新型电池结构,利用微孔阵列强化燃料的对流/扩散传质提高电池性能,研究了阴阳极间距、电极长度、燃料浓度及电解液浓度对电池性能特性的影响.研究结果表明,阳极流道内微孔阵列能够强化燃料传质并降低离子传输阻力,使得阳极流道具有微孔阵列的纸基微流体燃料电池最大功率密度提高41.2%;减少阴阳极间距有利于降低离子传输阻力,而且阴极电解液流速大于阳极电解液流速,抑制了燃料渗透,使得电池性能提升;电池性能随燃料和电解液浓度上升先升高后降低.当阴阳极间距为1.0 mm,电极长度为5.0 mm,燃料和电解液浓度均为2.0 mol/L时,电池性能达到最优,其最大功率密度为29.7 mW/cm^2.