[发明专利]一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置及计算方法

说明书

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置及计算方法，按照直接甲醇燃料电池系统总效率计算式的推导；测定系统生成的电能和阳极出口甲醇溶液的浓度；计算消耗的甲醇燃料和直接甲醇燃料电池系统总效率；计算热力学效率、电压效率、BOP效率，最后计算电流效率。本发明的有益效果是通过测量阳极出口溶液的甲醇浓度和体积，计算得到直接甲醇燃料电池系统总效率，根据η＝η_热*η_电压*η_电流*η_BOP，对总效率进行分离，得热力学效率、电压效率、电流效率，再得出电流效率，方法简单高效，实现直接甲醇燃料电池总效率和各单项效率高效准确的测试及分析，为优化甲醇燃料电池系统总效率提供理论依据。

技术领域

本发明属于燃料电池测试技术领域，尤其涉及一种直接甲醇燃料电池电流效率测试装置及计算方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池是一种将燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的一种化学电源，是一种能量转化装置，它不同于二次电池的能量存储机制。评价直接甲醇燃料电池性能指标除功率、工作寿命、重量、成本等因素外，还有一项最重要的指标——效率。一般来讲，能量转换装置的总效率是指装置输出的能量占输入能量的百分数比，即输出能量/输入能量×100％，对于直接甲醇燃料电池的总效率而言，其直接甲醇燃料电池总效率定义为系统生成的电能与消耗的甲醇燃料所具备的能量的比值，通常直接甲醇燃料电池总效率表达式由以下几部分组成：1.热力学效率η_热，也称极限效率，是燃料电池理论上能达到的最高效率；2.电化学效率η_电压，也称电压效率，是燃料电池实际放电电压与可逆电动势的比值；3.燃料发电效率η_电流，也称电流效率，是实际生成的电流与按消耗反应物计算所生成的理论电流的比值；4.BOP效率η_BOP，扣除系统内耗后的效率。直接甲醇燃料电池总效率是所有效率综合的结果，可表示为η＝η_热*η_电压*η_电流*η_BOP，每一种效率的高低都影响着直接甲醇燃料电池总效率。

在四种效率中，热力学效率η_热大小为电池反应的吉布斯自由能与生成焓的比值，对于确定的电池而言，其值大小与温度有关，但影响不大；BOP效率η_BOP与电池系统自身内耗相关，对于特定的电池系统而言，一般是确定的；对电压效率η_电压而言，在固定的工作条件下，低负载的情况下效率高，高负载的情况下效率低；对于电流效率η_电流，直接甲醇燃料电池主要考虑的问题是甲醇作为阳极反应物，会渗透至阴极，导致不必要的甲醇消耗问题，甲醇渗透越严重，电流效率越低。因此，对直接甲醇燃料电池总效率影响较大的是电压效率η_电压和电流效率η_电流。如何对甲醇渗透量进行定量是确定电流效率η_电流的关键。

想要得到直接甲醇燃料电池总效率目前已知使用比较广泛的方法是分别测试各单项效率，然后相乘得到。计算各个单项效率的方法为：

①热力学效率η_热：根据η_热的定义可以得到η_热＝ΔG/ΔH，其中ΔG为电池反应吉布斯自由能，ΔH为电池反应在标况下的焓变；

②BOP效率η_BOP：在测试单电池或电堆效率的过程中，测试仪器都是通过外部供电的，因此不存在内耗，所以η_BOP为100％。

③电压效率η_电压：根据η_电压的定义可以得到η_电压＝V/E，其中V为燃料电池实际工作电压，E为燃料电池工作条件下的可逆电压；