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研究生:郭書榕
研究生(外文):Shu-Rong Guo
論文名稱:具有不同電極結構之直接甲醇燃料電池的交流阻抗量測研究
論文名稱(外文):A Study of AC Impedance Measurement for Direct Methanol Fuel Cells with Different Electrode Structures
指導教授:蘇春熺
口試委員:許承先黃明熙
口試日期:2009-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:直接甲醇燃料電池交流阻抗集電板
外文關鍵詞:AC ImpedanceDMFCElectrode
相關次數:
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隨著石油價格上漲,電費跟著上漲,各類電子產品分別開始尋找替代能源,由於直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)可達到輕薄短小之要求,成為隨身電子產品電源的最佳選擇。本研究以DMFC為對象,與以往傳統之鑽孔型集電板不同,取而代之以不同網目之集電板設計搭配不同鍍金時間與不同操作溫度使用燃料電池測試平台與交流阻抗分析平台檢測不同實驗參數對直接甲醇燃料電池之極化曲線特性與阻抗的影響,再加以分析比較;於MEA製備上以商用之GDE為陰陽極,再與質子交換膜於130 ℃、10 MPa下熱壓成型。由實驗結果可知在各溫度下網目30集電板性能皆優於鑽孔型集電板,而鍍金四分鐘後80 ℃之網目30集電板最高功率密度可達11.23 mW/cm^2而最大電流密度可達118.75 mA/cm^2。燃料電池中任ㄧ部份之結構皆會影響電池輸出,包括流道、電極、觸媒及質子交換膜,特在此研究中以不同之電極結構,期望對未來燃料電池輸出效率改善上有所提升。
With the gasoline’s price and electricity rates go up, every kind of electronic products start to find other source of energy which can be alternative. Because of the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) can match the need of slight, small, and short, it becomes the portable electronic products’ best option. DMFC is the object of this study, by using the bipolar of different size’s mesh designed with different coating Au times and operate temperatures to replace the traditional electrode. In the experiment, it use Fuel Cell Test System and AC Impedance System to test the effects to DMFC characteristic of polarization curve and impedance with different experiment parameters, furthermore give it an analysis and comparison. Custom-made Gas-Diffusion-Electrode (GDE) and the Proton Exchange Membrane (Nafion 117) used hot embossing method in 130 ℃、10 MPa on Membrane-Electrode-Assembly (MEA) process. From the experimental results, we can find the 30 mesh electrode performance are superior to drill-type electrode in room temperature, the 30 mesh of gold-coating four minutes at 80 ℃ have the highest power density 11.23 mW/cm^2 and the largest current density 118.75 mA/cm^2. Any parts of the cell’s structure including flow-channel, electrode , catalyst and membrane would have effects on cell’s output. By using different electrode mesh count and coating Au, expect that can improve the efficiency of output.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 燃料電池的歷史 2
1.3 燃料電池的種類 4
1.4 燃料電池的特性[10] 6
1.5 燃料電池的應用 7
1.6 交流阻抗的應用 8
1.7 研究動機與目的 9
第二章 原理與文獻回顧 10
2.1 直接甲醇燃料電池回顧 10
2.1.1 直接甲醇燃料電池結構 10
2.1.2 直接甲醇燃料電池工作原理 13
2.1.3 甲醇電催化氧化機制 14
2.1.4 電池的極化現象 16
2.2 交流阻抗分析法 18
2.2.1 基礎線性元件 19
2.2.2 Bode圖對應阻抗系統現象 21
2.2.3 燃料電池單電容等效電路 22
第三章 實驗方法與步驟 23
3.1 實驗藥品及儀器設備 24
3.1.1 實驗藥品及耗材 24
3.1.2 實驗儀器及設備 25
3.2 實驗方法 25
3.2.1 質子交換膜Nafion 117前處理 25
3.2.2 熱壓法製備膜電極組(MEA) 26
3.2.3 電池設計 27
3.2.4 極電板網目鍍金 30
3.3 實驗檢測分析 31
3.3.1 燃料電池測試平台 31
3.3.2 交流阻抗測試平台 32
第四章 實驗結果與討論 35
4.1 鑽孔型集電板 35
4.2 網目十五目集電板 36
4.3 網目二十目集電板 41
4.4 網目三十目集電板 46
4.5 各集電板無鍍金比較 51
4.6 各集電板鍍金2分鐘比較 54
4.7 各集電板鍍金3分鐘比較 57
4.8 各集電板鍍金4分鐘比較 60
第五章 結論 64
參考文獻 65
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