甲醇燃料动力电池运行中电压温差变化情况简析

甲醇燃料动力电池作为一种新型能源电池，自问世以来，便受到了技术研发人员的高度关注，如何更充分的进行甲醇燃料转化、如何使电池更好的适应工作环境就成为了摆在研发人员面前的两大难题。本文将会针对直接甲醇燃料动力电池的温差变化情况做简要分析，帮助工程师充分了解这种新型能源电池的运行特性。

本次的实验条件为4mol/L的甲醇溶液，与国内市面上的直接甲醇燃料动力电池溶液相同，并将电流密度设定为60mA/cm²时。在该实验条件下，测量恒电流放电及放电前后的电池电压及温差随时间变化的曲线，测得的曲线变化数值如图1所示。为了更加清楚的展现注入燃料后电池电压在前20min内的变化情况，我们将图1放大如图2所示。从图1和图2可以看出，在放电前，加入甲醇溶液后电池电压在1min内急剧上升至0.8V，而后急剧下降至0.65V，然后开始缓慢下降，约15min后达到0.445V，最后电池电压又略有回升，在2h后升至0.466V，而电池温度在加入燃料后迅速上升，15min后电池温度已高于室温1℃，而后上升速度减慢，在2h后温差升至2℃。电压出现峰值。

出现这种峰值变化的重要原因在于，直接甲醇燃料动力电池阳极氢气的生成和较低的阴极混合电位，其温度变化的原因重要与甲醇渗透现象有关，甲醇渗透在阴极的放热反应引起电池温度的升高，而后甲醇渗透量越来越少，电池温度逐渐稳定。

图1电池电压及温差随时间变化曲线

图2电池电压在前20分钟内的变化

由图1我们可以很明显的看到，当甲醇溶液开始恒电流放电时，燃料动力电池的电池电压突降至0.14V。然而，随着放电的进行，电压开始缓慢下降，同时放电初期电池温度急剧升高，与室温温差达到3.5℃，平稳约35分钟，而后温差开始下降，这是由于随着反应的进行，燃料罐内甲醇浓度降低，放电电压下降，温差的升高一方面是由于电池欧姆内阻引起的焦耳热，另一方面燃料动力电池中总反应也是放热反应，此外，还可能由于电渗引起甲醇渗透，这也会造成电池温度升高。

当持续放电开始35分钟之后，我们可以从图1中看到发生了温差下降的现象，这很可能由以下几方面原因造成：其一，随着反应的进行，阴极侧生成的水越来越多，水的蒸发会吸收一定的热量，这就增强了阴极侧与环境之间的换热；其二，阳极侧甲醇浓度不断降低，由扩散引起的甲醇渗透量逐渐减少；其三，即使甲醇渗透到阴极，而由于阴极侧水的生成覆盖了扩散层表面，阻碍了阴极氧气的传输，使该处发生氧化的甲醇量降低，导致了出现的热量减少。因此，在恒电流放电过程中，温差先增大后减小。

在甲醇电池的整个放电过程结束后，我们可以在图1中看到温度的走势渐趋平缓。伴随着电池电压回升，同样也出现了一个峰值，并在这之后最终达到稳定，这与燃料注入时情况类似，只是这时甲醇浓度已经很低，而电化学反应的停止使得电池与室温的温差发生骤降。

以上就是本文对甲醇燃料动力电池运行中温差变化的情况所进行的简要分析，希望能够帮助工程师更加充分全面的进行甲醇电池的研发工作。