跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.231.230.177) 您好!臺灣時間:2021/08/02 11:22
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:鄧尚君
研究生(外文):Shang-Jun Deng
論文名稱:直接甲醇燃料電池不鏽鋼雙極板無電鍍改質之研究
論文名稱(外文):Surface modification of stainless steel bipolar plates for DMFC (direct methanol fuel cell) application
指導教授:余介文
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:材料科學與綠色能源工程研究所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
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:130
中文關鍵詞:雙極板腐蝕滲透速率
外文關鍵詞:Bipolar plateCorrosionCrossover rate
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:271
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文已證實利用無電鍍鎳、金及銀在直接甲醇燃料電池不鏽鋼雙極板改質,可以降低鈍化層所產生的電壓降。本研究已測試評估,已表面改質及未表面改質之不鏽鋼雙極板經由組裝及測定,其燃料電池效率明顯比未表面改質之燃料電池效率高。
將無電鍍鎳、金及銀且在不同溫度下熱處理之AISI 304不鏽鋼;以硫酸和甲醇水溶液作為直接甲醇燃料電池雙極板的模擬環境,藉由動態極化實驗探討不鏽鋼板之腐蝕行為。第一項研究是利用無電鍍鎳、金及銀於AISI 304不鏽鋼後在不同溫度下熱處理進行表面改質,以期作為直接甲醇燃料電池(DMFC)之雙極板。第二項研究是將已表面改質及未表面改質不鏽鋼板作為雙極板組成一直接甲醇燃料電池並進行測試評估。第一項研究的結果是經無電鍍後熱處理之AISI 304不鏽鋼具有較佳之抗蝕性,可作為直接甲醇燃料電池雙極板之用。第二項研究的結果是開發出一種新穎的方法及裝置,能同時測定直接甲醇燃料電池效率和甲醇滲透速率以及雙極板陽極腐蝕量與陰極板之滲透甲醇的電氧化量。
The use of stainless steel bipolar plates for DMFCs (direct methanol fuel cell), with a surface modification on the stainless steel to reduce voltage losses due to the formation of passive layers by electroless plating, has been demonstrated. An alternative material of stainless steel bipolar plates for DMFCs with and without surface modification was assembled and evaluated. The corrosion behavior of electroless Ni, Au and Ag plating on stainless steel bipolar plates under different temperature of heat treatment is investigated in simulated DMFC environment. The first study addresses the corrosion resistance characteristics of electroless plating on AISI 304 stainless steel for DMFC bipolar plate applications. The second study is to develop a novel method and apparatus for simultaneously determining the efficiency of DMFC, methanol crossover rate of proton exchange membrane (PEM), the corrosion rate and the methanol electro-oxidation of the bipolar electrode.
中文摘要………………………………………………………………i
英文摘要………………………………………………………………ii
致謝……………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………iv
表目錄…………………………………………………………………ix
圖目錄…………………………………………………………………xi
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1前言…………………………………………………………………1
1.2燃料電池簡介………………………………………………………3
1.2.1燃料電池特點……………………………………………………4
1.2.2燃料電池種類……………………………………………………5
1.3研究動機與目的……………………………………………………6
1.4文獻回顧……………………………………………………………9
第二章 基礎理論………………………………………………………15
2.1燃料電池構造及運作原理…………………………………………15
2.1.1直接甲醇燃料電池構造…………………………………………15
2.1.2直接甲醇燃料電池之運作原理…………………………………22
2.2直接甲醇燃料電池電極內部輸送現象……………………………24
2.2.1甲醇氧化機制探討………………………………………………24
2.2.2燃料電池放電的極化現象………………………………………25
2.2.2.1活性極化………………………………………………………25
2.2.2.2歐姆極化………………………………………………………25
2.2.2.3質傳極化………………………………………………………26
2.2.2.4 甲醇滲透……………………………………………………26
2.3無電鍍技術…………………………………………………………27
2.3.1無電鍍原理………………………………………………………27
2.3.2薄膜沉積機制……………………………………………………31
2.3.3無電鍍鎳原理……………………………………………………33
2.3.4無電鍍金原理……………………………………………………34
2.3.5無電鍍銀原理……………………………………………………35
2.4腐蝕電化學原理……………………………………………………36
2.4.1金屬腐蝕機制……………………………………………………39
2.4.2電化學量測………………………………………………………40
2.4.2.1極化原理………………………………………………………40
2.4.2.2混合電位理論…………………………………………………46
第三章 實驗步驟及方法………………………………………………47
3.1試片裁切與實驗流程………………………………………………47
3.2前處理………………………………………………………………48
3.3無電鍍鎳、金、銀…………………………………………………50
3.3.1無電鍍鎳…………………………………………………………51
3.3.2無電鍍金…………………………………………………………52
3.3.3無電鍍銀…………………………………………………………53
3.3.4熱處理製程………………………………………………………55
3.4薄膜特性量測及分析………………………………………………56
3.4.1鍍層厚度量測……………………………………………………56
3.4.2晶格結構分析……………………………………………………57
3.4.3顯微組織觀察……………………………………………………59
3.4.4成分能量散佈光譜量測…………………………………………62
3.4.5腐蝕性質量測……………………………………………………63
3.5直接甲醇燃料電池(DMFC)性能測定方法…………………………64
3.5.1數學模式…………………………………………………………64
3.5.2直接甲醇燃料電池組裝與分析方法……………………………67
3.5.2.1電池組裝………………………………………………………67
3.5.2.2直接甲醇燃料電池分析方法…………………………………69
第四章 結果與討論……………………………………………………71
4.1無電鍍層結晶結構分析……………………………………………71
4.1.1無電鍍鎳層………………………………………………………71
4.1.2無電鍍金層………………………………………………………73
4.1.3無電鍍銀層………………………………………………………74
4.2無電鍍層薄膜成份分析……………………………………………75
4.2.1無電鍍鎳層………………………………………………………75
4.2.2無電鍍金層………………………………………………………78
4.2.3無電鍍銀層………………………………………………………81
4.3無電鍍層表面形態分析……………………………………………84
4.3.1無電鍍鎳層………………………………………………………84
4.3.2無電鍍金層………………………………………………………88
4.3.3無電鍍銀層………………………………………………………91
4.4無電鍍層腐蝕性質分析……………………………………………95
4.4.1無電鍍鎳層………………………………………………………96
4.4.2無電鍍金層………………………………………………………100
4.4.3無電鍍銀層………………………………………………………104
4.5直接甲醇燃料電池(DMFC)性能測定結果…………………………108
4.5.1無電鍍鎳…………………………………………………………108
4.5.2無電鍍金…………………………………………………………111
4.5.3無電鍍銀…………………………………………………………113
4.5.4AISI 304不鏽鋼…………………………………………………116
4.6直接甲醇燃料電池(DMFC)性能測定結果評估……………………119
第五章 結論……………………………………………………………120
參考文獻………………………………………………………………121
Extended Abstract……………………………………………………127
簡歷 ……………………………………………………………………130
【1】林榮南,「世界新能源之開發近況」,能源季刊,第二十二卷第四期,八十一年十月,p.97~108。
【2】衣寶廉,「燃料電池-原理與應用」,五南圖書出版公司出版。
【3】小椋直嗣,河村義裕,五十嵐哲,マイクロリアクターによ小型燃料電池システム,化學工學會第67年會,福岡2002。
【4】A. J. Appleby, and F. R. Folkes, “Fuel Cell Handbook” Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.
【5】鄭煜騰、鄭耀宗,質子交換膜型燃料電池的製造技術,能源季刊,第二十七卷 第二期,p.118,1997。
【6】A. J. Appleby, and F. R. Folkes, “Fuel Cell Handbook” Van Nostrand Reinhold, New York (1989).
【7】衣寶廉,「燃料電池-原理與應用」,五南圖書出版公司出版。
【8】WANG H, SWEIKART M A, TURNER J A. Stainless steel as a Bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cells[J].J Power Sources,2003,115:243-251.
【9】WIND J, SPAH R, KAISER W. Metallic bipolar plate for PEM fuel cells [J]. J Power Sources,2002,105, p.256-260.
【10】WIND J, SPAH R, KAISER W. Metallic bipolar plate for PEM fuel cells[J]. J Power Sources,2002,105:256-260.
【11】李碩仁,「燃料電池雙極板替代性材料現況研究」,燃料電池科技研討會會議論文集,2002年。
【12】M.W. Verdrugge, J. Electrochem Soc, 136, (1989) 417.
【13】P.S. Kauranen, E. Skou, J. Appl Electrochem, 26.(1996) 909.
【14】V. Tricoli, N. Carretta, M. Bartolozzi, J.Electrochem Soc, 147 (2000) 1286.
【15】M.W. Verdrugge, J. Electrochem Soc, 136, (1989) 417.
【16】Satoru Hikita, Kimitaka Yamane, Yasuo Nakajima , JASE Review 22, (2001) 151.
【17】S.R. Narayanan, W. Chun, C. Cropley, Proceedings of Annual Battery Conference on Applications and Advances, (1996) 113.
【18】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.
【19】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.
【20】R. Hornung, G. Kppelt, J. Power Sources 72(1998) 20–21.
【21】Philip L. Hentall and et al., J .Power Sources, 80(1999)235-241.
【22】D.P. Davies and et al., J. Power Sources 86 (2000) 237–242.
【23】Rongzhong Jiang and Deryn Chu, J .Power Sources, 93(2001)25-31.
【24】G T. Susai and et al., J. Power Sources, 92(2001)131-138.
【25】J. Wind and et al., J. Power Sources, 105(2002)256-260.
【26】H. Wang and et al., J. Power Sources 115(2003)243–251.
【27】D.P. Davies and et al., J. Power Sources 86 (2000) 237–242.
【28】M. H. Oh and et al., Electrochimica Acta, 50(2004)777-780.
【29】R. L. Borup and N. E. Vanderborgh, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 393,151(1995).
【30】A. J. Appleby and F. R. Foulkes, Fuel Cell Handbook(Krieger,1993).
【31】Li and et al., “Corrosion-resistance PEM fuel cell”, US Patent 5624769, 22 December 1995.
【32】A. Pozio and et al., Electrochim. Acta 48(2003)1543-1549.
【33】L. Ma, S.J. Warthesen, D.A. Shores, Proceedings of the 3rd International Symposium on New Materials for Electrochemical Systems, July 1999, p. 69.
【34】C. Zawodzinski, M.S. Wilson, S. Gottesfeld, Fuel Cell Seminar, Palm Springs, November 1998, p. 16.
【35】Allen Hermann, Tapas Chaudhuri, Priscila Spagnol, “Bipolar Plates for PEM Fuel Cells: A Review ”, International J. of Hydrogen Energy 30(2005)1297-1302.
【36】Viral Metha, Joyce Smith Cooper, “Review and Analysis of PEM Fuel Cell Design and Manufacturing”, J. of Power Sources 114(2003)32-53.
【37】B Cunningham, J. Huang, D.G. Baird, “Review of Materials and Processing Methods Used in the Production of Bipolar for Fuel Cells”, International Materials Review 52(2007)
【38】Allen Hermann, Tapas Chaudhuri, Priscila Spagnol, “Bipolar Plates for PEM Fuel Cells: A Review ”, International J. of Hydrogen Energy 30(2005)1297-1302.
【39】Viral Metha, Joyce Smith Cooper, “Review and Analysis of PEM Fuel Cell Design and Manufacturing”, J. of Power Sources 114(2003)32-53.
【40】B. D. Cunningham, J. Huang, D.G. Baird, “Review of Materials and Processing Methods Used in the Production of Bipolar for Fuel Cells”, International Materials Review 52(2007).
【41】E.A. Cho, U.S. Jeon, H.Y. Ha, et al., “Characteristics of Composite Bipolar Plates for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells” J. of Power Sources 125(2004)178-182.
【42】A. Muller, P. Kauranen, A. Von Ganski, et al., “Injection Moulding of Graphite Composite Bipolar Plates” J. of Power Sources 154(2006)467-471.
【43】Allen Hermann, Tapas Chaudhuri, Priscila Spagnol, “Bipolar Plates for PEM Fuel Cells: A Review ”, International J. of Hydrogen Energy 30(2005)1297-1302.
【44】Viral Metha, Joyce Smith Cooper, “Review and Analysis of PEM Fuel Cell Design and Manufacturing”, J. of Power Sources 114(2003)32-53.
【45】B. D. Cunningham, J. Huang, D.G. Baird, “Review of Materials and Processing Methods Used in the Production of Bipolar for Fuel Cells”, International Materials Review 52(2007).
【46】田存萍,張瑛,周集體,工業催化,第13 卷,第4 期.2005 年4 月
【47】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.
【48】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
【49】T. E. Springer, D. Raistrick, “Electrical Impedance of a Pore Wall for the Flooded Agglomerate Model of Porous Gas Diffusion Electrodes”, J. Electrohem. Soc. Vol. 136, p. 1594 (1989).
【50】黃鎮江,燃料電池,8-5頁
【51】T. Freelink, W. Visscher, and J.A.R.van Veen, Surf. Sci.,335,353(1995)
【52】D. H. Jung, C. H. Lee, and C. S. Kim,J. Power Sources,17,169,(1998)
【53】Satoru Hikita, Kimitaka Yamane, Yasuo Nakajima, JSAE Review, 22 (2001) 151.
【54】曲新生,化工技術,第12 卷,第8 期.2004 年8 月
【55】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.
【56】R. M. Allen and J. B. VanderSande, Scr. Metall, 16, 1161(1982).
【57】唐傳忠,「薄膜材料製備原理、技術及應用」,冶金工業出版社出 版。
【58】柯賢文,「腐蝕及其防制」,全華出版社,1998,pp. 55-73。
【59】陽聰仁,「腐蝕電化學分析」。
【60】汪健民,材料分析,中國材料科學學會,1998。
【61】周登富,無電鍍於AISI 304不鏽鋼雙極板腐蝕特性之研究,國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士論文,2008。
【62】金春宏,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,國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士論文,2007。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top