臺灣博碩士論文加值系統

本次研究首先設計10顆的DMFC電池堆，且觀察不同參數條件對性能的影響，這些操作條件包括甲醇濃度、電池溫度、流場型式、燃料流量等。在甲醇濃度為2M時，空氣為陰極燃料，最大功率密度可達95 mW/cm2(22 W)。電池溫度會大幅影響電池性能，以流量觀察會發現陰極流量變小會使電池反應不穩定，需維持一定流量性能表現才能穩定。u型流場型式在高電流的性能表現優於z型流場型式，因為流體所走的路徑較長，阻力較大，造成留在流道內的時間較長，可使電化學反應更完全。電池自體發熱量不能維持設定溫度，在系統應用在須做保溫裝置，電池才能有好的性能表現
此外，研究使用5顆及10顆之電池堆觀察甲醇水穿透之現象。不同的操作參數將影響電池堆的性能，進而影響甲醇水的穿透量；利用冷凝系統對陰極做水回收，發現陰極的回收水並無甲醇的殘留，因為穿透的甲醇接觸到空氣與觸媒產生燃燒反應，可由陰極溫度較陽極高而得到佐證；本研究亦發現溫度對甲醇穿透有明顯之影響，轉為氣態的甲醇更容易穿透膜材，而水的穿透量則與電流量呈正相關，此乃電滲現象所造成；未來在DMFC系統設計上將能採用本研究之結果，設計出更具效率的燃料與水箱配置。

The characteristics of a 20W direct methanol fuel cell (DMFC) stack were investigated under various operating conditions in order to understand the behavior of the stack. The operating variables included the methanol concentration, the cell temperature, the flow type and flow rate. With the supply of 2M methanol, a maximum power of the stack was found to be 22W (95 mW/cm2) in air. The cell temperature affected performance significantly, and the low flow rate make performance unstable. u-type flow patterns has better performance than z-type flow patterns in the high current. It is because that fluids are moving in the path longer, and cause the flow to remain within a longer time, make the electro-chemical reaction much completely.
Operating conditions will affect stack performance, thereby affecting methanol crossover. The experimental results showed that no residual methanol of the recycled water in the cathode, it attributes to the penetration of methanol combust in cathode. The results also showed that the temperature affects methanol crossover significantly and that methanol gas more easily cross over to the cathode at elevated temperature. Water crossover is positively correlated with current, this is attribute to electro-osmotic drag.

書名頁 i
審定書 ii
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vii
目錄 viii
表目錄 xi
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 直接甲醇燃料電池(DMFC)特性 1
1.1.2 質子交換膜燃料電池(PEMFC)之特性 2
1.1.3 DMFC與PEMFC 比較 2
1.2 研究動機 4
1.3 文獻回顧 4
1.4 研究目的 11
第二章 直接甲醇燃料電池介紹 12
2.1 DMFC電化學反應原理 12
2.2 直接甲醇燃料電池結構 13
2.3 影響直接甲醇燃料電池性能參數 14
2.4 流道特性 15
2.5 薄型化雙極板結構設計 15
2.6 電池堆流道改良設計 16
2.6.1 主流道設計改良原理 16
2.6.2 流道改良設計 16
2.7 電池堆定位設計 17
2.8 電池堆流場方向設計 18
第三章 實驗設備與方法 19
3.1 實驗量測方法 19
3.1.1水回收量測計算方法 19
3.2 商購膜電極組搭配自製流道之電池堆量測 20
3.2.1 甲醇/水穿透量之量測 20
3.2.2 改變電池溫度量測穿透量之變化 20
3.3 電池堆搭配不同MEA測試 21
3.2.3 電池堆性能穩定測試 21
3.2.4 研究操作溫度對於電池之影響 21
3.3.3 陽極甲醇燃料溫度對於電池性能之影響 22
3.3.4 甲醇濃度對於性能之影響 22
第四章 結果與討論 23
4.1 新商購MEA電池堆性能測試 23
4.1.1 商購MEA壓縮量測試 23
4.1.2 燃料不同對性能之影響 23
4.1.3 電池數對性能之影響 23
4.2 新設計流道之單電池性能測試 24
4.3 新設計流道對電池堆影響 25
4.4 改善後流道之性能測試 26
4.4.1 單電池性能測試 26
4.4.2 4 cells之電池性能表現 27
4.4.3 10 cells之電池性能表現 28
4.5 電池組系統化參數測試 29
4.5.1 燃料溫度對於性能之影響 29
4.5.2 陽極端燃料流量對於電池性能之影響 29
4.5.3 不同空氣流量對於性能之影響 30
4.5.4 電池溫度對於性能影響 30
4.5.5 電池發電產熱量分析 31
4.6 電池溫度對於穿透量之影響 32
第五章 結論與未來規劃 33
5.1 結論 33
5.2 未來展望 34
參考文獻 78

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