微型直接甲醇燃料电池的比能量高，结构简单，绿色环保，是理想的便携能源设备[12]。亲疏水效应对微型直接甲醇燃料电池的影响#刘晓为1，张宇峰1，王紫2**510152025303540（1.MEMS中心，哈尔滨工业大学，哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150001）摘要：能否将阳极产物CO2有效地排出阳极微流道决定了微型直接甲醇燃料电池的性能。本文采用Lattice-Boltzmann模型来模拟亲疏水沟道内的二相流体流动情况，考虑了液-气表面张力，流体-固体相互作用和浮力。仿真结果显示，亲水沟道中CO2的排放速度比在疏水沟道中快。为验证仿真结果，我们设计制造了有效面积1.0cm2的微型直接甲醇燃料电池，并进行了相应的测试。测试结果显示，亲水沟道改善了气体排放和甲醇供应状况，使得亲水沟道的µDMFC的能量密度峰值比疏水沟道的µDMFC的能量密度高出15.7%，而其最高电流密度值低于疏水沟道的µDMFC。关键词：微型直接甲醇燃料电池，亲水沟道，气泡动态中图分类号：TM911Hydrophilicityeffectonmicro-scaleflowofmicroDMFCLiuXiaowei1,ZHANGYufeng1,WangZi2(1.MEMSCenter,HarbinInstituteofTechonology,Harbin150001;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Theeffectiveremovalofcarbondioxide(CO2)intheanodemicrochannelsiscriticaltotheperformanceofthemicrodirectmethanolfuelcell(µDMFC).ALattice-Boltzmannmodelcoupledwithliquid–gassurfacetension,fluid-solidinteractionandbuoyancyforceisadoptedinthisworktosimulatethetwo-componentflowwithdifferenthydrophilicitychannels.ThesimulationresultsshowthattheemissionspeedofCO2gasinthecellpatternedwiththehydrophilicchannelwallisfasterthanthatwiththehydrophobicwall.Inordertomutuallyvalidatethesimulationresults,aµDMFCwithanactiveareaof1.0cm2isdesigned,fabricated,andtested.Dataresultsshowthatwithimprovedgasexpellingandfuelsupplying,thenovelµDMFCwiththehydrophilicflowfieldgetsanincreaseof15.7%inpeakpowerdensityandadramaticallyloweredpolarizationathighcurrentdensityoutput.Keywords:Microdirectmethanolfuelcell,microsizedconfiguration,currentcollector0引言，但当它的尺寸等比例缩小到微观水平，阳极氧化反应产生的CO2气泡会占据一半以上的阳极流场，此现象在电流密度较高时尤为明显，由此产生了严重的浓差极化，并削减了电池的性能。因此，阳极微流道内的CO2的有效排出对于流场和催化、扩散层之间的甲醇传质是至关重要的[3]。流道中的流体运动是包含了时间变化、非线性特点的复杂的三维现象。若采用传统的连续性模型来解决两相微流动，就需要做过多的假设和简化。新颖的介观运动模型侧重于流体分子的速度分布函数，可以通过分析微观物理量随时间和空间的演变，从而得到微流体的分布函数特性，因此可以准确地描述为流动的传质[4-6]。Fei[7]等人模拟了全角度Lattice-Boltzmann模型模拟二相（气相和液相），双组份（甲醇溶液中的CO2气泡）流。流基金项目：高校博士点基金：新型被动式微型直接甲醇燃料电池研究(20102302110026)作者简介：刘晓为(1955-)，男，教授，MEMS技术通信联系人：张宇峰（1976-），男，教授，MEMS微能源.yufeng_zhang@hit.edu.cn-1-(x,t)f(x,t)fiii(f(x,t))fi(xcit,tt)fi'(x,t)����fi(Xeit,tt)fi(X,t)tFifi(X,t)fi(eq)(X,t)0,02i92i92eeU9eiUe3U2eU9eiUe3U2道壁两边都设计为绝缘-对称边界条件，这样可以模拟多孔层的临界间距。4550因此，...