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关于计算机的论文： 一种新型笔记本电脑用直接甲醇燃料电池的设计 摘 要： 简述一种新型笔记本电脑用直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）的设计，介绍了电池的组成及其零部件的结构特点.该设计具有结构简单、加注燃料方便、排气功能好等优点. 关键词： 直接甲醇燃料电池（DMFC）；结构设计；管状膜电极组件；笔记本电脑 直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）是将甲醇燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的一种电化学反应装置.随着电子工业的迅速发展，各类便携式电子产品不断涌现，数量也迅猛增长.目前普遍采用的锂离子电池已经难以满足发展的需求.DMFC具有能量密度高、燃料来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷和噪声低等优点，被认为是未来便携式电器和汽车等交通工具最有希望的化学电源，引起了人们的广泛关注[1~4].膜电极组件（Membrane Electrode Assembly，MEA）作为DMFC的核心组成部件，主要包括阴阳极扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜[5~6]，目前主要有平板型结构和管状结构[7]，管状结构具有自贮存燃料的功能，本文选用拥有自主知识产权[8]的管状结构MEA进行笔记本电脑用DMFC结构设计. 1总体方案及结构设计 1.1设计方案 为保证通用性及互换性，所设计的DMFC总体尺寸与某款笔记本电脑电池仓尺寸相符，DMFC单电池的工作电压为0.6V，该款笔记本电脑电池电压为10.8V，共需要的单电池个数为：N＝10.8/0.6＝18个. 1.2总体结构 受笔记本电池仓尺寸的限制，管状结构MEA的内径取10mm，MEA的长度为20mm，若18个管状MEA串行排列，则电池的总长将超过笔记本电脑的长度，若并行排列则电池的总宽又过于狭窄，不便于拆卸及安装.综合以上考虑，采用两个管状单电池串联后，9个电池单元并行排列的方式来使得电池符合笔记本电脑电池仓尺寸要求.总装结构如图1所示.主要包括：电池单元组件、箱体、顶盖、连接装置、燃料加注及排气装置等，整个电池的长为154mm，宽为67mm，高为29mm. 2部件及零件设计 2.1电池单元组件 由于具有密封性、抗腐蚀性要求，所以整个支撑件采用PTEF（聚四氟乙烯）材料为主体，而为了电极间能较方便地连接，所以将连接电池间阴极和阳极的钛网层成型在支撑件中，使之成为一个通用模块，从而形成一组通用组件，方便出现故障时维修替换.连接件之间均采用过盈配合，而不进行焊接，使每个电池单元组件都能方便替换.根据以上所述的设计思路，最终确定的电池单元组件剖视图如图2所示，其中1为阴极连接件，2为管状电极，3为中间连接件，4为管状电极，5为阳极连接件. 2.2箱体 箱体结构也采用PTFE材料，为了电池单元的定位与移动的方便，在箱体底部设置了9条导轨式的槽，方便安装与拆卸；沿槽身方向，在箱体前后两壁设有电池单元组件的安装孔；在箱体顶部四周设置1mm×1mm的槽，左右两侧分别设有两个凹坑，分别与顶盖相应位置配合.具体造型如图3所示. 2.3顶盖 顶盖亦采用PTFE材料，内部上方设置一圈长方形的凸台、内部左右两侧分别设有两个凸台，分别与箱体相应位置配合，起到密封和锁紧作用；其上部设有排气口及加料口，为节约空间以及使电池结构更加紧凑，所以将之合并为一个孔，此孔起到排气和加料的作用，同时也起到了排污作用；两边设有的通气孔与箱体电池单元组件安装孔的位置和大小匹配.具体造型见图4. 2.4串联连接件 图5为去掉顶盖后电池前侧的串联连接件安装位置造型，电池背侧也采用串联连接件依次串联电池单元组件，构成一个完整的串联回路，达到10.8V的设计要求，两端用导线引出，供电给笔记本电脑.串联连接件如图6所示. 2.5燃料加注及排气装置 由于电池是通过加注燃料的方式实现连续发电的，需设计燃料的加注装置；同时，由于电池的阳极（燃料侧）在发电过程中会产生一定量的二氧化碳气体，需要设计排气装置.通常采用单向阀作为燃料加注装置，并通过定期释放二氧化碳气体方式实现排气，该结构比较复杂且占用空间较大，故本设计将二者合二为一，设计成为一个整体，称为燃料加注及排气装置，如图7所示，其中1为塞子，2为支撑体，3为排气元件.图7中塞子外径与顶盖的燃料加注孔相匹配，采取过盈配合，方便燃料的加注；经比较分析后，采用硅胶材料作为排气装置的排气元件,因为硅胶的重复使用寿命较长，张闭次数可达到万次以上而不会漏气漏水.当电池内部气体压强没有达到设定值时，排气元件处于闭合状态，隔绝电池内部与空气的接触，防止甲醇有毒气体向空气中挥发.当电池内部压强达到设定值时，排气元件球面形状的四片硅胶片自动张开排气结束后自动闭合.图8所示为排气元件排气状态造型，图7中支撑体采用PTFE材料，主要起到支撑硅