(3.238.96.184) 您好!臺灣時間:2021/05/08 03:29
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:::

: 
twitterline
研究生:黃千鳴
研究生(外文):Chian,Mine Huang
論文名稱:可攜式被動自呼吸型直接甲醇燃料電池進料方式之研究
論文名稱(外文):Studies on the fuel method of portable passive self-breathing DMFC
指導教授:林永淵
指導教授(外文):Yung,Yuan Lin
口試委員:楊文彬鄭文桐
口試委員(外文):Wen,Pin YangWen,Tung Jen
口試日期:2011-07-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:化學工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:自呼吸式可攜型
外文關鍵詞:DMFC
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:181
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:21
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
直接式甲醇燃料電池(DMFC)是一種電化學裝置,可經由外部供應的燃料和氧氣將其所含化學能持續不斷地轉換成電能。身為燃料電池家族中最年輕的,直接式甲醇燃料電池其燃料是甲醇和水的混合液。現今的DMFC系統,最常見的是以固定的甲醇濃度溶液為其進料燃料,而此燃料進料方式又可分為被動式或主動式,主動式是使用泵來輸送甲醇溶液至DMFC系統。一般來說,主動式直接甲醇燃料電池必須有一個副系統(燃料輸送系統)以便電池能正常的連續運作。然而,泵,感應器和管路…等等使得DMFC系統更為複雜化。除此之外,這些新增的元件也會消耗額外的電功並導致電池整體效益降低。

相反地,被動式DMFC的燃料輸送系統主要是由燃料儲槽中低濃度甲醇溶液自然擴散而輸送至膜電極組件(MEA)中。在這種結構中,僅使用低濃度甲醇水溶液(3wt%),以避免嚴重的甲醇穿越(crossover)問題。因此,使用此種低濃度的甲醇溶液燃料除降低了電池輸出之能量密度外,操作時間也明顯縮短。

本研究的目的是尋求一種替代燃料輸送方法,此系統較主動式的簡單,但效率要比被動式系統好。在本論文中提出所謂的接觸式燃料輸送法是藉由DMFC本體的位置旋轉而達成。當被動式自呼吸型DMFC本體以垂直的位置擺放操作時,甲醇燃料溶液是以自然擴散的方式從燃料儲槽擴散輸送至MEA中。相隔一段固定時間間隔後改變擺放放置為水平放置維持另一段固定時間間隔,這段時間間隔甲醇燃料溶液是不會與MEA碰觸,所以DMFC來自陰極側的能量密度耗損,就是常見的甲醇穿透現象,可能會減少。另一方面來說,因為一般的DMFC都是使用3%wt低濃度甲醇溶液操作以有效地減少甲醇穿透的現象。所以透過接觸式進料法可使用更高的甲醇濃度溶液(提昇到12%wt)來操作DMFC。經由測試得知,本文所提出的接觸式進料燃料輸送系統比傳統的被動式燃料輸送系統具有較佳的效益及較長的持續運作時間。

A direct methanol fuel cell (DMFC) is an electrochemical device that converts the chemical energy of externally supplied fuel and oxidant to electrical energy continuously and directly. Being the youngest member of fuel cell family, the DMFC is fueled by an aqueous mixture of methanol and water. The existing DMFC systems are fed with a fixed concentration of methanol fuel, which are either a passive fuel delivery or an active fuel delivery driven by an attached pump. Generally, an active fuel delivery DMFC system must have a sub-system to maintain its operations. However, the pumps, sensors and manifolds contained in DMFCs significantly increase its complexity. Nevertheless, these active components also consume extra power and degrade system efficiency.

On the contrary, the passive fuel delivery DMFC system the fuel is delivered to the membrane electrode assembly (MEA) primarily by a natural diffusion process from a diluted methanol solution reservoir. In such a structure, only diluted fuel (3 wt% methanol) is stored in the DMFC to avoid severe methanol crossover. Therefore, such diluted methanol storage reduces the energy density and so shortens operating time remarkably.

The aim of this research is to seek an alternative fuel delivery method which is less complicated than an active one, but more efficient than the passive fuel delivery system. In this thesis, the so called contact-feeding fuel delivery based on the rotary movement of the DMFC is proposed. When the passive self-breathing DMFC is set in a vertical position, the fuel is delivered to the MEA by a natural diffusion process from the methanol solution reservoir. After operated a certain fixed time interval the DMFC is reset in a horizontal position, meanwhile, the methanol solution in the reservoir is no longer contact with the MEA for an another period time interval. In this period time interval, because no fuel is fed in the DMFCs, the degradation on DMFC power density coming from the fuel loss at the cathode side, usually called methanol crossover, may be reduced. On the other hand, because the DMFC so far can only operate efficiently with a diluted methanol solution (3 wt% methanol) to suppress the crossover of methanol, a higher methanol concentration (up to 12 wt% methanol) was applied in cooperating with the contact-feeding fuel delivery system. The contact-fed fuel delivery system was demonstrated to exhibit a better performance and to last for an extended operating time compared to conventional passive fuel delivery DMFCs.

誌謝 II
中文摘要 IV
Abstract VI
目錄 VIII
圖目錄 XI
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1-2研究動機 6
1-3研究目的 7
第二章 文獻回顧及原理 9
2-1文獻回顧 9
2-2 原理 12
DMFC的反應式 13
陽極氧化反應 15
陰極的還原反應 18
質子交換膜 19
碳布的處理 20
溫度對燃料電池的影響 20
二氧化碳生成對燃料電池的影響 22
壓力對燃料電池的影響 22
Nernst方程式 23
主動式DMFC與被動式DMFC 25
第三章 實驗方法 27
3.1藥品與材料 27
3.2實驗儀器 28
3.3壓力對燃料電池的影響 33
3.4溫度對燃料電池的影響 35
3.5比較氣泡在水平擺放與垂直擺放位置之差異性 37
3.6甲醇燃料電池之接觸式進料時間間距測試 39
3.7甲醇燃料接觸進料法 41
3.8高負載測試 45
3.9高濃度測試 46
第四章 結果與討論 47
4.1壓力對燃料電池的影響 47
4.2溫度對呼吸型燃料電池的影響 50
4.3比較氣泡在水平放置與垂直放置位置之差異性 53
4.4甲醇燃料電池之擺放位置更動測試 56
4.5燃料接觸進料法 59
4.6高極限負載測試 64
4.7高甲醇濃度測試 68
第五章 結論 77
第六章 未來展望 84
參考文獻 86

[1] 黃鎮江 “燃料電池”全華科技圖書股份有限公司 第二版 pp.1-6,(2005)。

[2] 鄭耀中、徐耀昇 “燃料電池的技術現況分析”,八十八年節約能源論文發表會論文專輯,pp.409-422。(1999)

[3] 周明昌“呼吸式直接甲醇燃料電池設計之研究 Studies on the Air-Breathing Direct Methanol Fuel Cell Design”,碩士論文, 成功大學 航太工程研究所 (2005)。

[4] James Larminie “ Fuel Cell Systems Explained ”Second Edition ,WILEY (2003)。

[5] Ren X., Springer T.E., and Gottesfeld S.“Water and methanol uptakes in Nafion membranes and membrane effects on direct methanol performance”,Journal of the Electrochemical Society,147, pp.92–98 (2000)。

[6] P. Argyropoulos, W.M. Taama and K. Scott. “Engineering and modelling aspects on large scale liquid feed DMFC stacks”, 5th Electrochemical Engineering Symposium, Exeter, UK March 25-28 (1999)

[7] H. Dojle, J. Mergel, D.Stolten, “ Heat and Power Management of A Direct-methanol-fuel-cell(DMFC) System ”Journal of Power Sources, Vol. 111, pp.268-282 (2002)。

[8] Fikile R. Brushett, Michael Mitchell, Ranga S. Jayashree, Wei-Ping Zhou, and Paul J. A. Kenis* ,“Vapor Feed Direct Methanol Fuel Cell with Flowing Electrolyte” , Department of Chemical & Biomolecular Engineering University of Illinois at Urbana-Champaign, 600 S. Mathews Ave., Urbana, IL 61801,USA。(2008)

[9] J. G. Liu, T.S. Zhao *, R. Chen, C.W. Wong,“ The effect of methanol concentration on the performance of a passive DMFC” Electrochemistry Communications, 7, pp. 288–294 (2005)。

[10] Yuming Yang, Yung C. Liang ∗ ,“A direct methanol fuel cell system with passive fuel delivery based on liquid surface tension”, Journal of Power Sources, 165,pp. 185–195 (2007)。

[11] Purushothama Chippar, Johan Ko, Hyunchul Ju* ,“ A global transient, one-dimensional, two-phase model for direct methanol fuel cells (DMFCs) e Part II: Analysis of the time–dependent thermal behavior of DMFCs” Energy, 35,pp. 2301-2308 (2010)。

[12] 張宜翔 ,“直接甲醇燃料電池理論模式的建立與特性模擬研究 Modeling and simulation of a liquid-feed direct methanol fuel cell”, 碩士論文,國立清華大學 工程與系統科學系,(2004)。


[13] Hamnett A. “Mechanism and electrocatalysis in the direct methanol fuel cell”, Catalysis Today, 38, pp.445–457 (1997)。

[14] h-tec 公司,http://www.h-tec.com/de/index。

[15] Chao Xu, Amir Faghri “Mass transport analysis of a passive vapor-feed direct methanol fuel cell”(2010)

[16] Han-Ik Joh, Tae Jung Ha “A direct methanol fuel cell system to power a humanoid robot”(2009)

[17] Alfred Lam, David P. Wilkinson *, Jiujun Zhang “A novel single electrode supported direct methanol fuel cell”(2009)

[18] Sang Hern Seo, Chang Sik Lee * “A study on the overall efficiency of direct methanol fuel cell by methanol crossover current”(2009)

[19] K. Fei, T.S. Chen, C.W. Hong∗ “Direct methanol fuel cell bubble transport simulations via thermal lattice Boltzmann and volume of fluid methods”(2009)

[20] A. Casalegno∗, R. Marchesi “DMFC performance and methanol cross-over: Experimental analysis and model validation”(2008)

[21] H. Dohle a,∗, J. Mergel a, P.C. Ghoshb “DMFC at low air flow operation: Study of parasitic hydrogen generation”(2007)

[22] C.Y. Du, T.S. Zhao∗, W.W. Yang “Effect of methanol crossover on the cathode behavior of a DMFC: A half-cell investigation”(2007)

[23]Nobuyoshi Nakagawa ∗, Mohammad Ali Abdelkareem, Kazuya Sekimoto “Control of methanol transport and separation in a DMFC with a porous support”(2006)

[24] Rongzhong Jiang ∗, Deryn Chu “Power management of a direct methanol fuel cell system”(2006)

[25] Takeo Yamaguchi *, Hideki Kuroki, Fusae Miyata “DMFC performances using a pore-filling polymer electrolyte membrane for portable usages”(2005)

[26] A.A. Kulikovsky “Bubbles in the anode channel and performance of a DMFC: Asymptotic solutions”(2005)

[27] H. Dohle*, J. Mergel, D. Stolten “Heat and power management of a direct-methanol-fuel-cell (DMFC) system” (2002)。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 林瑞美〈比較朱自清的背影與琦君的髻──淺論現代散文進步了沒有〉《書評書目》
2. 周杏芬〈從〈髻〉看琦君洞達世情的人生體悟〉《國文天地》第17 卷 第 4 期
3. 李瑋〈三十年來散文暢銷書介紹──煙愁〉《散文季刊》第1期 頁110-111 1984 年
4. 朱白水〈琦君享譽文壇四十年〉《文訊》第37:76 期頁99-100 1992 年2 月。
5. 方叔〈那屬於中國傳統女性的散文評「三更有夢書當枕」〉《書評書目》第67 期
6. 林依潔〈「留予他年說夢痕」裡兩個交疊的夢境〉《明道文藝》第 60 期 頁42-45
7. 邱瓊慧〈從《青燈有味似兒時》認識琦君的世界〉《中國語文》第 498 期 頁69-74 1998
8. 亮軒〈流不盡的菩薩泉──看琦君「三更有夢書當枕」有感〉《書評書目》第29 期
9. 陳信元(影響琦君一生的國文老師:浙東詞人夏承燾《國文天地》 第四期 頁11~15
10. 陳素芳(資深女作家現況(上)-琦君《永是有情人》文訊 第209期 頁29~30
11. 黃秋芳〈希世的珍琦──追隨琦君的眼睛〉《明道文藝》第160期 頁16-24 1989 年
12. 詹悟〈但得此心春常滿─ 讀琦君《萬水千山師友情》〉《明道文藝》第249 期
13. 鄒桂苑〈琦君研究資料彙編〉《文訊》第77:115 期 頁98-108 1995 年 5 月。
14. 鄒德莉〈評析琦君〈故鄉的桂花雨〉〉《中國語文》第487 期 頁80-87 1998 年 1 月。
15. 鄭明娳〈一花一木耐溫存〉《幼獅文藝》第263 期 頁56-73 1975年11 月。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔