基于三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和微生物燃料電池的微小型電源研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的快速發(fā)展，為MEMS提供電能的微小型功率器件(Power MEMS)逐步得到了廣泛的研制。為研制微能源系統(tǒng)，本文提出的微小型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置和微小型微生物燃料電池兩個(gè)不同的方案：微小型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置以液態(tài)烴為燃料的微小型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)微型電機(jī)發(fā)電，與其他發(fā)電裝置相比，具有能量密度高，輸出穩(wěn)定可控等優(yōu)點(diǎn)。而微小型微生物燃料電池則是通過微生物如酵母菌分解葡萄糖的產(chǎn)電效應(yīng)來發(fā)電的，其特點(diǎn)是：原料容

2、易獲得且成本很低可再生無污染，不存在燃燒現(xiàn)象無爆炸等潛在危險(xiǎn)，發(fā)熱量極小，可以長(zhǎng)期運(yùn)行等。 論文的主要內(nèi)容包括兩大部分內(nèi)容： 第一部分包括第二到第四章，通過對(duì)微尺度燃燒理論研究，分析微尺度條件下燃燒過程中著火和熄火的熱力條件和考慮熄火距離對(duì)燃燒的影響，結(jié)合轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理、工作原理的研究，通過熱應(yīng)力仿真并參照前期實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出了基于熱應(yīng)力的微小型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)型線方程的修復(fù)方法。在此基礎(chǔ)上成功研制厘米級(jí)R.Ⅱ樣機(jī)和毫米

3、級(jí)R.Ⅲ樣機(jī)。R.Ⅱ樣機(jī)是國(guó)內(nèi)見報(bào)導(dǎo)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的微小型三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部核心尺寸最大不超過4cm，外形尺寸最大不超過10cm，最大輸出功率可達(dá)220W，穩(wěn)定輸出功率為150W，單次運(yùn)行時(shí)間超過一小時(shí)，并在航模中試用成功。R.Ⅲ樣機(jī)是國(guó)內(nèi)能成功點(diǎn)火的最小的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，輸出功率可達(dá)2.5W，其內(nèi)部核心尺寸最大不超過8mm，接近國(guó)外最高水平。 第二部分包括第五到第七章，通過對(duì)雙極腔間接型微生物燃料電池的發(fā)電機(jī)理研究和各影響

4、因素的實(shí)驗(yàn)探討分析驗(yàn)證，首創(chuàng)采用鐵電極作為陽(yáng)電極，以馴化后第四代Y20酵母菌為菌種，研制成能反復(fù)充電、長(zhǎng)時(shí)間工作、原料易得、綠色無污染的微小型微生物燃料電池M.Ⅱ和M.Ⅲ，其工作時(shí)間長(zhǎng)短取決于原料的添加量.M.Ⅱ每個(gè)容腔容積8ml，最大輸出0.38mW，內(nèi)阻320歐姆，最大開路電壓為0.725V，可穩(wěn)定輸出250min。M.Ⅲ每個(gè)容腔容積3.2ml，最大輸出0.33mW，內(nèi)阻325歐姆，最大開路電壓為0.682V，可穩(wěn)定輸出120min