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研究生:金春宏
研究生(外文):Chun-Hong Kim
論文名稱:測定燃料電池的質子和氧氣擴散率、醇滲透率及電池效率之方法及裝置
論文名稱(外文):A novel method and apparatus for determining the proton andoxygen diffusivity, the crossover rate and the efficiency of fuel cell
指導教授:余介文
指導教授(外文):George Yu Ph.D.
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:光電與材料科技研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:滲透速率甲醇燃料電池擴散氣體擴散層質子交換膜
外文關鍵詞:Crossover rateDMFCDiffusionGDLPEM
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本碩士論文主要是提出一個新穎的方法及裝置,為測定燃料電池之質子交換膜(PEM)的質子擴散係數及甲醇滲透速率和電池效率及氣體擴散層(GDL)的氧氣擴散係數。在這研究,第一項研究是描述一個比較容易的方法,能同時測定直接甲醇燃料電池(DMFC)之質子交換膜的質子擴散係數和燃料電池的效率以及甲醇滲透速率。在這個設計,是將氧氣以完全主動的方式供應。第二項研究提出一個相當簡單的裝置,為測定甲醇燃料電池(DMFC)的氣體擴散層之氧氣擴散係數。在這個設計,是將空氣以完全被動的方式供應。燃料電池的電壓和電流是分別由數據收集(DAQ)裝置和數位式電錶來監測,質子擴散係數、氧氣擴散係數、甲醇滲透速率及電池效率之測定取決暫態電壓和電流分析。
The principle objective of this dissertation is to present a novel method for determining the proton diffusion coefficient and crossover rate of proton exchange membrane (PEM), the oxygen diffusion coefficient of the gas diffusion layer (GDL), and the efficiency of the fuel cell. In this research, the first study relates to describe a relatively easy method for simultaneously determining the proton diffusion coefficient and methanol crossover rate of proton exchange membrane, and the efficiency of the direct methanol fuel cell (DMFC). In this design, oxygen is supplied in an entirely active manner. The second study presents a relatively simple apparatus for determining the oxygen diffusion coefficient of the gas diffusion layer in a direct methanol fuel cell (DMFC). In this design, oxygen is supplied in an entirely passive manner. The voltage and current of the DMFC is monitored by a data acquisition (DAQ) device and digital meter, respectively. The proton and oxygen diffusion coefficient, the crossover rate and the efficiency of the fuel cell is determined by transient current analysis.
主目錄
中文摘要………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………………Ⅱ
致謝……………………………………………………………………………Ⅲ
主目錄…………………………………………………………………………Ⅳ
圗目錄…………………………………………………………………………Ⅸ
表目錄………………………………………………………………………XⅡ
第一章 緒論…………………………………………………………………1
1.1 前言………………………………………………………………………1
1.2 直接甲醇燃料電池之構造及運作原理…………………………………2
1.2.1 直接甲醇燃料電池之構造…………………………………………2
1.2.2 直接甲醇燃料電池之運作原理……………………………………5
1.3 燃料電池之極化特性分析………………………………………………6
1.3.1 活性極化……………………………………………………………7
1.3.2 歐姆極化……………………………………………………………7
1.3.3 質傳極化……………………………………………………………7
1.3.4 甲醇滲透……………………………………………………………8
1.4 有機與無機薄膜之簡介…………………………………………………9
1.4.1 聚乙烯醇之簡介……………………………………………………9
1.4.2 聚苯胺之簡介……………………………………………………11
1.4.3 二氧化鈦之簡介…………………………………………………12
1.4.3.1 二氧化鈦之光觸媒效應………………………………………14
1.5 文獻回顧………………………………………………………………15
1.5.1 甲醇在 Nafion® 膜中滲透之測定方法與種類…………………15
1.5.2 甲醇滲透速率之量測裝置………………………………………17
1.5.3 直接甲醇燃料電池之電化學性能測試裝置……………………20
1.5.4 聚乙烯醇…………………………………………………………22
1.5.5 PVA-PANI 複合膜…………………………………………………22
1.5.6 PVA-TiO2 複合膜…………………………………………………22
1.6 研究目的………………………………………………………………23
第二章 數學模式……………………………………………………………25
2.1 直接甲醇燃料電池效率及滲透速率…………………………………25
2.1.1 質子交換膜之質子擴散係數……………………………………27
2.2 氣體擴散層之氧氣擴散係數…………………………………………28
2.3 複合膜之質子擴散係數………………………………………………31
第三章 實驗方法與步驟……………………………………………………34
3.1 直接甲醇燃料電池(DMFC)效率及質子交換膜(PEM)的質子擴散係數
與甲醇滲透速率之實驗與分析方法…………………………………34
3.1.1 DMFC 效率及PEM 之質子擴散係數與甲醇滲透速率的分析方
法…………………………………………………………………34
3.2 氣體擴散層的氧氣擴散係數之實驗與分析方法……………………36
3.3 PVA-PANI 及PVA-SO42--TiO2 複合膜之製作…………………………37
3.3.1 製作步驟…………………………………………………………37
3.3.2 聚乙烯醇水溶液…………………………………………………38
3.3.3 苯胺溶液…………………………………………………………38
3.3.4 氧化溶液…………………………………………………………39
3.3.5 硫酸根-二氧化鈦粉末之製備……………………………………39
3.3.6 PVA-PANI 複合膜之製作…………………………………………39
3.3.7 PVA-SO42--TiO2 複合膜之製作……………………………………39
3.4 複合膜之測試裝置與實驗方法………………………………………39
3.4.1 氧化鈦修飾電極之製作…………………………………………40
3.4.2 Ag/AgCl 參考電極之製作…………………………………………40
3.4.3 擴散池及製膜板之製作…………………………………………40
3.4.4 複合膜之質子擴散實驗方法……………………………………41
3.5 複合膜之測試分析……………………………………………………42
第四章 結果與討論…………………………………………………………43
4.1 燃料電池效率及甲醇滲透速率之實驗結果…………………………43
4.1.1 質子交換膜之質子擴散結果……………………………………46
4.2 氣體擴散層之氧氣擴散係數結果……………………………………48
4.3 PVA-PANI 複合膜之性質分析…………………………………………51
4.3.1 X 光繞射儀(XRD)…………………………………………………51
4.3.2 電子顯微鏡(SEM)…………………………………………………52
4.3.3 PVA-PANI 複合膜之厚度…………………………………………54
4.3.4 PVA-PANI 複合膜之質子擴散……………………………………54
4.4 PVA-TiO2 複合膜之性質分析…………………………………………56
4.4.1 X 光繞射儀(XRD)…………………………………………………56
4.4.2 電子顯微鏡(SEM)…………………………………………………57
4.4.3 PVA-TiO2 複合膜之厚度…………………………………………61
4.4.4 質子擴散…………………………………………………………61
4.5 自製膜與Nafion® 117 膜之質子擴散係數比較………………………63
第五章 結論…………………………………………………………………65
5.1 燃料電池效率、質子擴散係數及甲醇滲透速率………………………65
5.2 氣體擴散層之氧氣擴散係數…………………………………………65
5.3 自製膜與Nafion® 117 膜………………………………………………66
參考文獻………………………………………………………………………67
研究成果………………………………………………………………………71

圖目錄
圖1-1 直接甲醇燃料電池之運作原理………………………………………6
圖1-2 燃料電池之極化曲線…………………………………………………8
圖1-3 PVA 結構………………………………………………………………11
圖1-4 聚苯胺結構……………………………………………………………12
圖1-5 銳鈦礦結晶結構………………………………………………………13
圖1-6 金紅石結晶結構………………………………………………………13
圖1-7 甲醇滲透速率量測裝置………………………………………………17
圖1-8 定電位電解法測定裝置………………………………………………18
圖1-9 測定甲醇滲透裝置……………………………………………………19
圖1-10 電池性能分析裝置…………………………………………………20
圖1-11 電池性能測試裝置…………………………………………………21
圖2-1 質子擴散曲線型態……………………………………………………28
圖2-2 空氣傳導至陰極電催化表面模型……………………………………30
圖2-3 質子擴散模型…………………………………………………………33
圖2-4 複合膜之質子擴散曲線………………………………………………33
圖3-1 測試DMFC 效率及PEM 之質子擴散係數與甲醇滲透速率裝置…35
圖3-2 測試氣體擴散層之氧氣擴散係數裝置………………………………37
圖3-3 複合膜之製作與分析流程……………………………………………38
圖3-4 複合膜之質子擴散裝置………………………………………………41
圖4-1 電壓-時間關係圖………………………………………………………43
圖4-2 電流-時間關係圖………………………………………………………44
圖4-3 暫態電流經整理後之質子擴散曲線…………………………………47
圖4-4 暫態電流經指數運算後之質子擴散曲線……………………………47
圖4-5 暫態電流之曲線………………………………………………………49
圖4-6 暫態電流之正常化曲線………………………………………………50
圖4-7 PVA-PANI 有機複合膜之XRD 型態…………………………………51
圖4-8 聚合前之PVA 膜………………………………………………………52
圖4-9 聚合6hr 之PVA-PANI 複合膜………………………………………52
圖4-10 聚合12hr 之PVA-PANI 複合膜………………………………………53
圖4-11 聚合24hr 之PVA-PANI 複合膜………………………………………53
圖4-12 PVA-PANI 複合膜之電位正常化曲線………………………………55
圖4-13 TiO2 粉末經不同燒結溫度之XRD 型態……………………………56
圖4-14 2wt%之PVA-SO42--TiO2複合膜,在不同倍率下之微結構 (a)100 X;
(b)500 X………………………………………………………………58
圖4-15 4wt%之PVA-SO42--TiO2 複合膜,在不同倍率下之微結構 (a)100 X;
(b)500 X……………………………………………………………59
圖4-16 6wt%之PVA-SO42--TiO2 複合膜,在不同倍率下之微結構 (a)100 X;
(b)500 X……………………………………………………………60
圖4-17 2wt%、4wt%、6wt%之PVA-SO42--TiO2複合膜之質子擴散曲線……62
圖4-18 自製膜與Nafion® 117 膜之質子擴散曲線…………………………63

表目錄
表4-1 不同燃料含量之測試參數與結果……………………………………44
表4-2 不同燃料含量之質子擴散測試結果…………………………………48
表4-3 不同空氣體積之氧氣擴散測試結果…………………………………50
表4-4 PVA-PANI 複合膜之質子擴散測試結果………………………………55
表4-5 PVA-SO42--TiO2複合膜之質子擴散測試結果…………………………62
表4-6 自製膜與Nafion® 117 膜之質子擴散結果比較………………………64
參考文獻
[1] 曾重仁,羅世坤,化工技術,第12 卷,第4 期.2004 年4 月
[2] 陳德蔭,林昇佃,化工技術,第10 卷,第6 期.2002 年6 月
[3] 田存萍,張瑛,周集體,工業催化,第13 卷,第4 期.2005 年4 月
[4] 劉建國,衣寶廉,王素力,魏昭彬,辛勤,陳利康,電源技術,第26卷,第1
期.2002 年2 月 pp.17-19.
[5] 盧婷利,梁國正,宮兆合,化工新型材料,第30 卷,第11 期.2002 年 11 月
[6] 黃炳照,化工技術,第12 卷,第4 期.2004 年4 月
[7] K. Sundmacher, K. Scott, Chemical Engineering Science, 54, (1999) 2927.
[8] Satoru Hikita, Kimitaka Yamane, Yasuo Nakajima, JSAE Review, 22 (2001) 151.
[9] 曲新生,化工技術,第12 卷,第8 期.2004 年8 月
[10] 俞耀倫,直接甲醇燃料電池陽極催化層的研究,中國科學院大連化學物理研究所碩士
論文,June 2006 pp.4-7.
[11] 黃盟欽,碳分子篩/氧化鋁複合膜之製備及其特性之研究,國立成功大學化學工程研
究所碩士論文,June 2004 pp.1.
[12] 黃瑋堯,PVA對微波合成法製備SnO2奈米微粒之影響,國立台灣科技大學材料科技研
究所碩士論文,January 2004 pp.1-6.
[13] H. Letheby, J. Am. Chem. Soc, 15, 1862 pp.161.
[14] 景遐斌,王利祥,王獻紅,高分子學報,第5 期.2005 年
[15] 董紹俊,車廣禮,謝遠武,化學修飾電極,北京科學出版社,1995 年 pp.340.
[16] 葉世墉,二氧化鈦的合成與光催化性質的研究,國立中央大學化學與材料研究所碩士
論文,June 2005 pp.1-5.
[17] 曾亮鋒,新式二氧化鈦觸媒膜的製備,國立中央大學化學研究所碩士論文,July
2000.
[18] M.W. Verdrugge, J. Electrochem Soc, 136, (1989) 417.
[19] P.S. Kauranen, E. Skou, J. Appl Electrochem, 26, (1996) 909.
[20] V. Tricoli, N. Carretta, M. Bartolozzi, J. Electrochem Soc, 147 (2000)
1286.
[21] N. Munichandraiah, K. McGrath, G. Prakash, R. Aniszfeld, G. Olah, J.
Power Sources, 117 (2003), 98.
[22] Satoru Hikita, Kimitaka Yamane, Yasuo Nakajima , JASE Review 22,(2001)
151.
[23] S.R. Narayanan, W. Chun, C. Cropley, Proceedings of Annual Battery
Conference on Applications and Advances, (1996) 113.
[24] 吳洪,直接甲醇燃料電池用阻醇質子導電膜的研究,天津大學碩士論文,June 2000
pp.37.
[25] 杜榮兵,低甲醇透過直接甲醇燃料電池,中國科學院長春應用化學研究所碩士論文,
June 2002 pp.43-44.
[26] 宋樹芹,直接乙醇燃料電池:乙醇滲透和MEA 制備及其對DEFC 單池性能的影響,中
國科學院大連化學物理研究所碩士論文,November 2004 pp.58-59.
[27] 劉明義,直接甲醇燃料電池的研究與開發碩士論文,中國地質大學,May 2002
pp.14-15.
[28] 張軍,許莉,王宇新,電源技術,第27 卷,第4 期.2003 年8 月
[29] 史萌,邱新平,朱文濤,化學通報,第8 期.2001 年 pp.488-491.
[30] 吳洪,王宇新,王世昌,高分子材料科學與工程,第19 卷,第2 期.2003 年3 月
[31] P. Staiti,S. Freni,S. Hocevar, J. Power Sources 79 (1999) 250.
[32] 劉皓,謝洪泉,高分子學報,第6 期.1995 年12 月pp.693-698.
[33] 任斌,黃河,劉少瓊,余成,功能高分子學報,第17 卷,第1 期.2004 年3 月
pp.16-20.
[34] 徐冬梅,張可達,樊智虹,紀曉麗,化工科技,第11 卷,第2 期.2003 年
[35] 姜雲鵬,王榕樹,高分子材料科學與工程,第18 卷,第5 期.2002 年 pp.177-180.
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