臺灣博碩士論文加值系統

鹼性燃料電池的雙極板、觸媒、流道板等各種相關組件複雜，因此鹼性燃料電池的成本較高，若能研發出新式鹼性燃料電池，使用低成本觸媒，降低製作門檻，可使成本有效降低。
實驗中使用金屬與塑膠作為燃料電池主要材料，利用金屬與塑膠的加工容易、價格低廉和抗腐蝕的特性，如此將具有成本低、製造容易、散熱效果良好、耐腐蝕性佳、導電性佳、體積小等諸多優點，本研究上有別於過去鹼性燃料電池，為鹼性燃料電池發展出新的形式。
本研究以金屬網電鍍觸媒，將電極固定在氣體和液體的混合區域，利用不鏽鋼網、碳布與雷尼鎳，電鍍各種觸媒，進行相關的實驗測試，將實驗數據分析，探討觸媒對鹼性燃料電池的影響，藉此來驗證此一鹼性燃料電池優越性與實用性。
研究結果顯示：將觸媒塗佈於多孔隙材料，其材料加工度皆優於傳統以碳布（紙）燃料電池，可彎曲強度高，但雷尼鎳孔隙容易因為彎曲而消失不見，此現象會影響實驗的參數。經由單電池相關實驗可知，單一電池功率可經由堆疊的方式增加電流量，使燃料電池觸媒由普通的塗布增加三維空間，到真正堆疊成為完整的立體空間，若能進行後續的多孔材料、耐久性等各項研究，對燃料電池技術的發展將有很大的助益。

Various kinds of relevant packages, such as bipolar plate, a board channel, catalyst of the alkaline fuel cell are complicated and expensive, if we can research and develop the new-type alkaline fuel cell. The catalyst, reduce and make the threshold, can make the cost reduce effectively.
Use the metal and plastics to utilize metal and plastic processing easy, cheap and anticorrosive characteristic as the main material of fuel cell in the experiment, it is due to its merits of low cost, good corrosion resistance, efficient heat transfer good electrical conductivity, and being robust compact, as well as lightweight. so to have, different from over the alkaline fuel cell on this research , develop out the new form for the alkaline fuel cell.
This research use metal network to electroplates catalysts , fix the electrode in the gas and liquid mixing area and utilize the stainless steel network , carbon cloth and Renee nickel, electroplate various kinds of catalysts , carries on the relevant experiment to test, will test the data analysis , will probe into the impact on alkaline fuel cell of catalyst, come to verify this alkaline fuel cell superiority and practicability by this.
The result of study shows: Apply the catalyst on many hole materials, its bending and material is processed degree more than superior to the tradition with the fuel cell of the carbon cloth (paper), but Renee nickel hole easy to brake of bending. We can know via the single fuel cell relevant experiment, the single fuel cell power can increase the electric current amount via the way to pile pile, make the fuel cell catalyst increase three-dimensional space by the ordinary coating, to really pile pile and become intact three-dimensional space, if can study several, such as follow-up porous material, durability,etc. There will be very great benefitting to the development of the technology of the fuel cell.

授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vii
目錄 viii
圖目錄 x
表目錄 xiii

第一章　緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機 2
1.3燃料電池的介紹 3
1.3.1 燃料電池的歷史 3
1.3.2基本原理與組成元件 9
1.3.3燃料電池的種類 14
1.3.4燃料電池的特性 18
1.3.5燃料電池的性能 18
1.3研究目的 20
1.4文獻回顧 22
第二章　實驗設計與製作 26
2.1 鹼性燃料電池概念簡介 26
2.1.1電解液循環方式 26
2.1.2電解液排水形式 28
2.2實驗構想 30
2.3實驗裝置之設計與製作 32
2.4實驗結果討論 37
第三章　實驗材料分析 39
3.1電極材料測試平台設計與鎳金屬材料實驗分析 39
3.2金屬基材電鍍銀、鉑觸媒 43
3.3各種觸媒測數據結果分析 46
第四章　燃料電池測試系統改良 48
4.1改良鹼性燃料電池設計 48
4.2電極觸媒製作 49
4.3燃料電池反應條件 51
4.4實驗結果與分析 52
4.4.1單片電極 52
4.4.1雙片電極 55
4.4.3三片電極 57
4.5實驗結果與討論 60
第五章 結論 62
5.1結論 62
5.2後續研究方向 63
參考文獻 65

圖1.1 西元1839年Grove電池 4
圖1.2 阿波羅計畫燃料電池 6
圖1.3 豐田FCHV 7
圖1.4 燃料電池大巴士清華一號 8
圖1.5 亞太燃料電池公司推出之燃料電池電動機車 ZES IV 8
圖1.6 燃料電池反應原理 10
圖1.7 燃料電池構成的元件 11
圖1.8 燃料電池構造示意圖及電極部分放大圖 11
圖1.9 典型燃料電池的電壓與電流密度之關係曲線 －電池之極化曲線 19
圖1.10 鹼性燃料電池在0.2V不同催化劑對電流和時間的影響 24
圖1.11 不同種類催化劑的極化曲線圖 24
圖2.1 鹼性燃料電池系統示意圖－靜態電解質系統 27
圖2.2 鹼性燃料電池系統示意圖－動態電解質系統 28
圖2.3 靜態排水結構示意圖 29
圖2.4 鹼性燃料電池實驗系統示意圖 31
圖2.5 反應槽概念設計圖 32
圖2.6 反應槽蓋 33
圖2.7 不鏽鋼O型環和鍍鎳電極網 34
圖2.8 反應槽 34
圖2.9 電鍍槽 35
圖2.10 燃料電池系統 35
圖2.11 鍍鎳鈦網 36
圖2.12 三相點示意圖 36
圖3.1 材料測試系統 39
圖3.2 鎳網 （100% 純鎳；網目：195目；孔徑：35 µm；厚度：40 µm） 40
圖3.3 雷尼鎳（100% 雷尼鎳金屬；孔隙率80%） 40
圖3.4 鍍鎳碳紙（內部孔隙率68%） 41
圖3.5 鍍鎳碳紙（SEM） 41
圖3.6 鍍鎳碳布（內部孔隙率72.5%） 42
圖3.7 鍍鎳碳布（SEM） 42
圖3.8 鍍銀雷尼鎳 43
圖3.9 鍍銀雷尼鎳-1（SEM） 44
圖3.10 鍍銀雷尼鎳-2（SEM） 44
圖3.11 白金鈦網 45
圖3.12 白金鈦網（SEM） 45
圖4.1 新型燃料電池測試系統 48
圖4.2 陰乾後的電極試片 50
圖4.3 熱壓後的電極試片 50
圖4.4 熱壓後的電極試片（SEM） 51
圖4.5 單片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度30℃） 53
圖4.6 單片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度60℃） 53
圖4.7 單片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度30℃） 54
圖4.8 單片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度60℃） 54
圖4.9 雙片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度30℃） 55
圖4.10 雙片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度60℃） 56
圖4.11 雙片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度30℃） 56
圖4.12 雙片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度60℃） 57
圖4.13 三片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度30℃） 58
圖4.14 三片電極極化曲線圖（電解液濃度3M；溫度60℃） 58
圖4.15 三片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度30℃） 59
圖4.16 三片電極極化曲線圖（電解液濃度6M；溫度60℃） 59
圖4.17 電流抖動現象 61
圖4.18 不同層數電極極化曲線比較圖 61
圖5.1 反應槽改良圖 64
圖5.2 Pt、氣體含量與電解液含量位置斷面圖 64

表1.1燃料成分對燃料電池之影響 16
表1.2各種燃料電池特性之比較 17
表3.1金屬材料量測數據結果 47

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