臺灣博碩士論文加值系統

本實驗目的為探討不同陽極觸媒層負載量於操作條件的改變下之DMFC效能分析。其中操作條件的改變有電池溫度、甲醇濃度、甲醇流量、陰極進料種類。
實驗結果顯示，電池溫度增加會使DMFC的效能提升，但增加至溫度100 ℃時，電池效能會下降，且甲醇進料濃度越高此現象越明顯。電池的最佳操作條件為：溫度80℃、甲醇進料濃度2M。陽極高觸媒負載量則有較高的活性，但其厚度變大會使阻抗增加。
開路電位的測試可以知道甲醇進料濃度和電池溫度的影響。在低溫時，高濃度甲醇進料擁有較高的開路電位；在高溫下，低濃度的甲醇進料擁有較高的開路電位。

The performance of the DMFC with different catalyst loading in the anode is studied in the experiment. The effect of cell temperature, methanol concentration, methanol flow rate, air flow rate are evaluated.
According to the result of the experiment, the performance of the DMFC is enhanced with the cell temperature. However, when the cell temperature is reached 100℃, cell performance reduced with the methanol concentration. The best condition of the experiment is at cell temperature 80℃ and at 2M methanol. Higher catalyst loading enhances the anode activity. However, the internal resistance increases with the catalyst layer thickness. The cell performance is better at high cell temperature and high methanol concentration.
The effect of cell temperature and methanol concentration on the open circuit voltage（OCV） is also demonstrated in the present work. At low cell temperature, OCV is higher with high feed of methanol concentration. On the other hand, at high cell temperature, OCV is higher with low feed of methanol concentration.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 文獻回顧 1
1.1 直接甲醇燃料電池簡介 1
1.1.1 甲醇燃料的使用概念 2
1.1.2 直接甲醇燃料電池的使用原理 3
1.1.3 直接甲醇燃料電池的展望 4
1.2 直接甲醇燃料電池的單電池組成 5
1.2.1 擴散層(diffusion layer) 6
1.2.2 觸媒層(catalyst layer) 8
1.2.2.1 觸媒的選擇 8
1.2.2.2 觸媒層中Nafion溶液的添加 10
1.2.3 質子交換膜 10
1.3 直接甲醇燃料電池的工作效能 12
1.3.1 DMFC的極化現象（Polarization） 13
1.3.2 DMFC的甲醇穿透（Methanol Crossover） 15
1.4 直接甲醇燃料電池的控制因素 19
1.4.1 直接甲醇燃料電池的溫度影響 19
1.4.2 直接甲醇燃料電池的壓力影響 20
1.4.3 DMFC的濃度影響 21
1.5 研究動機與目的 23
第二章 實驗步驟與方法 24
2.1 實驗方法 24
2.2 實驗過程 25
2.2.1 MEA的製作 25
2.2.2 單電池的組成 27
2.2.3 實驗準備 28
2.2.3.1 實驗設備儀器 28
2.2.3.2 實驗藥品材料 29
2.2.4 實驗過程 30
第三章 結果與討論 31
3.1 電池效能 31
3.1.1 陽極負載量1.2mg-PtRu/cm2（MEA-A）之電池效能 31
3.1.1.1 甲醇進料流量的影響 31
3.1.1.2 電池溫度的影響 37
3.1.1.3 甲醇濃度的影響 39
3.1.1.4 陰極空氣進料流速的影響 41
3.1.1.5 空氣與氧氣之陰極進料對DMFC的影響 42
3.1.2 陽極負載量2.4mg-PtRu/cm2（MEA-B）之電池效能 44
3.1.2.1 甲醇濃度的影響 44
3.1.2.2 電池溫度的影響 46
3.1.2.3 陰極空氣進料時溫度變化的影響 48
3.1.3 陽極負載量3.8mg-PtRu/cm2（MEA-C）之電池效能 49
3.1.3.1 甲醇濃度的影響 49
3.1.3.2 電池溫度的影響 51
3.1.3.3 陰極空氣進料時溫度變化的影響 52
3.1.4 陽極觸媒層負載量對電池效能的影響 54
3.2 開路電位 59
3.2.1 MEA-A（陽極負載量1.2mg-PtRu/cm2） 59
3.2.1.1 溫度變化與開路電位關係 59
3.2.2 MEA-B（陽極負載量2.4mg-PtRu/cm2） 62
3.2.2.1 溫度變化與開路電位關係 62
3.2.3 MEA-C（陽極負載量3.8mg-PtRu/cm2） 65
3.2.3.1 溫度變化與開路電位關係 65
3.2.4 MEA-A、MEA-B、MEA-C開路電位比較 68
第四章 結論 71
4.1 結論 71
4.1.1 單電池系統 71
4.1.2 開路電位 72
4.1.2.1 電池溫度對開路電位的影響 72
4.1.2.2 甲醇濃度對開路電位的影響 72
4.1.2.3 陽極觸媒負載量對開路電位的影響 73
參考文獻 74

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