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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張宜翔
研究生(外文):Yi-Shyang Chang
論文名稱:直接甲醇燃料電池理論模式的建立與特性模擬研究
論文名稱(外文):Modeling and simulation of a liquid-feed direct methanol fuel cell
指導教授:蔡春鴻蔡春鴻引用關係葉宗洸葉宗洸引用關係
指導教授(外文):Chuen-Horng TsaiTsung-Kuang Yeh
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:直接甲醇燃料電池模擬電化學
外文關鍵詞:DMFCsimulationelectrochemistry
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本研究利用電腦程式,根據電池陽極與陰極觸煤層所發生的電池電化學反應、反應物在電池內各部分的質量輸送機制以及電池阻抗等理論基礎,建立了液體式直接甲醇燃料電池(liquid-feed DMFC)的一維理論模型。 除了燃料電池陽極部分的甲醇質量輸送與電化學反應分析之外,本研究進一步討論了在DMFC陽極未完全反應的甲醇經質子交換膜穿透至陰極過程中所發生的質量輸送與電化學反應現象。本研究使用標準四階倫吉-庫塔法(classical Runge-Kutta method of order 4)等數值分析方法來求解DMFC的模型方程式。

本研究以商品化之教學用甲醇燃料電池的實際實驗數據作為對照,驗證本研究建立之DMFC理論模型的正確性與適用性。 作者並嘗試利用本模型來預測陽極觸媒層厚度、質子交換膜厚度、質子交換膜擴散係數以及陽極觸媒層甲醇反應交換電流密度等不同參數對於甲醇在DMFC各分區內部的濃度分布、甲醇穿透現象以及電池整體發電效能所產生的影響。 結果顯示,增大質子交換膜厚度雖然可減輕甲醇穿透的情形,但是對於電池的效能提升卻未必是正面的效果;降低質子交換膜擴散係數可以使甲醇穿透的比率降低,使電池效能提高;而增加陽極觸媒層厚度以及陽極觸媒層甲醇反應交換電流密度也可以同時改善甲醇穿透現象以及提高電池的功率。 其中以陽極觸媒層甲醇反應交換電流密度值之改變對電池效能的影響較為明顯。 這個結論也證實,研發高效率之陽極觸媒,是DMFC研究過程中相當重要的方向。
主目錄
圖目錄
表目錄
第一章 緒論.............................................1
第二章 文獻回顧.........................................6
2.1 直接甲醇燃料電池的工作原理............................6
2.2 直接甲醇燃料電池模型的發展............................8
2.3 中英文名詞╱數學代號對照.............................11
第三章 理論分析與模型建立..............................14
3.1 緒論.................................................14
3.2 電池各分區的理論分析.................................16
3.2.1 甲醇在陽極燃料流道的輸送.........................16
3.2.2 陽極擴散層.......................................16
3.2.3 陽極觸媒層.......................................18
3.2.4 質子交換膜.......................................21
3.2.5 陰極觸媒層.......................................22
3.2.6 陰極擴散層.......................................23
3.3 電池電位特性分析.....................................25
3.4 求解過程與數值方法...................................27
3.4.1 DMFC陽極部分.....................................27
3.4.2 DMFC陰極部分.....................................28
3.4.3 數值方法.........................................29
第四章 結果與討論......................................36
4.1 DMFC程式模擬結果.....................................36
4.2 DMFC I-V曲線量測實驗與模擬結果對照...................44
4.2.1 DMFC I-V曲線量測實驗.............................44
4.2.2 I-V曲線實驗與模擬數據的對照......................46
4.3 各參數對甲醇在DMFC內濃度分佈的影響...................48
4.3.1本節討論所改變之參數..............................48
4.3.2 各參數對DMFC內部甲醇濃度分佈影響的討論與比較.....52
4.4 各參數對甲醇穿透情形的影響...........................54
4.4.1本節討論所改變之參數..............................54
4.4.2 各參數對甲醇穿透情形影響的討論與比較.............59
4.5 各參數對DMFC I-V曲線的影響...........................63
4.5.1本節討論所改變之參數..............................63
4.5.2 各參數對I-V曲線與功率之影響的討論與比較..........68
第五章 結論............................................74
第六章 未來研究工作與展望..............................76
參考文獻.................................................77
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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