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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:馬嘉慶
研究生(外文):Chia-Ching Ma
論文名稱:PEM水電解製超氧技術中陽極端電解板之抗蝕層組成研究
論文名稱(外文):Research and Development of resist layer in anode electrolytic plate for Ozone Generation with PEM Water Electrolyzer Technology
指導教授:鐘國濱
指導教授(外文):Guo-bin Jung
口試委員:翁芳柏紀丕鴻
口試委員(外文):Fang-Bor WengPei-Hung Chi
口試日期:2016-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:超氧水電解抗蝕層場發射掃描式電子顯微鏡能量散佈分析儀電化學阻抗光譜
外文關鍵詞:OzoneWater Electrolyzerresist layerField-Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM)Energy Dispersive Spectrometer(EDS)Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)
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水電解製超氧技術中,陽極受限於材料與動力學之影響,致使需要較高的電壓才能產生超氧,且有導電性不佳、電流持續性短之問題。本實驗選擇不同抗蝕層加入陽極電解板中,以FE-SEM(Field-Emission Scanning Electron Microscope) 場發射掃描式電子顯微鏡、EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 能量散佈分析儀、IT測試、阻值測試與EIS(Electrochemical impedance spectroscopy)電化學阻抗光譜測試,分析不同抗蝕層之性能。
In water electrolyzer ozone generation, the performance of anode is limited by the anode’s materials and dynamics. Due to this limitation, high voltages are necessary to produce ozone. In addition, it is bad to transmit electric current and current persistent short for further ozone generation. This research selects resist layer mixed in the anode electrolytic plate for investigation. The characteristics of anode catalysts are determined through Field-Emission Scanning Electron Microscope, Energy Dispersive Spectrometer, current time test , high resistance test and Electrochemical impedance spectroscopy to analyze performance of different resist layer.
書 名 頁 I
論文口試委員審定書 II
元智大學博碩士論文授權書 III
中文摘要 IV
英文摘要 V
誌 謝 VI
目 錄 VII
表 目 錄 IX
圖 目 錄 X
一、 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 超氧簡介 1
1.3 PEM水電解簡介 4
1.4 PEM水電解原理 4
1.5 文獻回顧 5
1.5.1 PEM水電解產物之應用 5
1.5.2水電解MEA製備回顧 6
1.5.3電解板製備與使用回顧 6
1.5.4 PEM電解器組裝與使用回顧 8
1.6 研究動機 9
二、 實驗方法 10
2.1 實驗藥品 10
2.1.1.自製MEA 10
2.1.2. 陽極電解板抗蝕層 11
2.2. 實驗儀器 11
2.2.1. 自製MEA 12
2.2.2. 陽極電解板抗蝕層 12
2.3. 電解器主體 13
2.3.1. 電解器端板 14
2.3.2. 流場板 14
2.3.3. 電解板 14
2.3.4. 膜電極組 15
2.3.5. 防漏墊圈 15
2.4. 實驗步驟 16
2.4.1. 膜材清潔 16
2.4.2. 膜電極組(MEA)製備 16
2.4.3. 陽極電解板抗蝕層製備 17
2.5. 不同抗蝕層陽極電解板之阻值測試 18
2.6. 不同抗蝕層陽極電解板之80hr IT測試 18
2.7. SEM電解板表面結構分析 19
2.8. EDS電解板表面成份分析 20
2.9. 不同抗蝕層陽極電解板之200hr IT長效測試 20
2.10.不同抗蝕層陽極電解板之電化學阻抗光譜分析 20

三、 結果與討論 21
3.1. 不同抗蝕層陽極電解板阻值測試比較 21
3.2. 不同抗蝕層陽極電解板之80hr IT測試 21
3.3. SEM表面分析 22
3.4. EDS成分分析 23
3.5. 不同抗蝕層陽極電解板之200hr IT長效測試 23
3.6. 不同抗蝕層陽極電解板之電化學阻抗光譜分析 24

四、 結論 25
五、 參考文獻 26



表 目 錄
表1 電解器各單元規格 29
表2 陽極電解板基材規格 30
表3 陽極電解板之不同抗蝕層製程 31
表4不同抗蝕層陽極電解板之阻值測試 32
表5不同抗蝕層陽極電解板之80hr IT測試性能表 32
表6 EDS分析硝酸鎳陽極電解板成分比例相關數據 33
表7 EDS分析硝酸鈷陽極電解板成分比例相關數據 33
表8 EDS分析氯化鈷陽極電解板成分比例相關數據 33
表9 EDS分析氯化鎳陽極電解板成分比例相關數據 33
表10不同抗蝕層陽極電解板之200hr IT長效測試性能表 34


圖 目 錄
圖 1 PEM水電解原理 35
圖2商購電解器外觀 35
圖3商購電解器爆炸圖 36
圖4商購電解器端板 36
圖5商購流場板 36
圖6 商購陰極電解板 37
圖7自製MEA 38
圖8防漏墊圈 38
圖9實驗系統配置圖 39
圖10 MEA製備流程 39
圖11 基材製備流程 40
圖12 前道次製程流程 40
圖13 抗蝕層製程 41
圖14高溫爐 41
圖15熱壓機 42
圖16 SEM/EDS檢測儀器 42
圖17 SEM儀器示意圖 43
圖18自製量測阻值之夾具 43
圖19超氧濃度量測器 44
圖20 EIS測試機台 44
圖21不同抗蝕層陽極電解板之阻值 45
圖22不同抗蝕層陽極電解板之80hr IT性能圖 45
圖23硝酸鎳陽極電解板SEM表面分析 46
圖24硝酸鎳陽極電解板SEM局部放大10000倍表面分析之貴金屬分佈狀況 46
圖25硝酸鎳陽極電解板EDS分析點位置 47
圖26硝酸鎳陽極電解板EDS分析圖譜 47
圖27硝酸鈷陽極電解板SEM表面分析 48
圖28硝酸鈷陽極電解板SEM局部放大10000倍表面分析之貴金屬分佈狀況 48
圖29硝酸鈷陽極電解板EDS分析點位置 49
圖30硝酸鈷陽極電解板EDS分析圖譜 49
圖31氯化鈷陽極電解板SEM表面分析 50
圖32氯化鈷陽極電解板SEM局部放大10000倍表面分析之貴金屬分佈狀況 50
圖33氯化鈷陽極電解板EDS分析點位置 51
圖34氯化鈷陽極電解板EDS分析圖譜 51
圖35氯化鎳陽極電解板SEM表面分析 52
圖36氯化鎳陽極電解板SEM局部放大10000倍表面分析之貴金屬分佈狀況 52
圖37氯化鎳陽極電解板EDS分析點位置 53
圖38氯化鎳陽極電解板EDS分析圖譜 53
圖39硝酸鎳陽極電解板之200hr IT長效測試 54
圖40硝酸鈷陽極電解板之200hr IT長效測試 54
圖41氯化鈷陽極電解板之200hr IT長效測試 55
圖42氯化鎳陽極電解板之200hr IT長效測試 55
圖43不同抗蝕層陽極電解板之200hr IT長效測試之電流性能比較 56
圖44不同抗蝕層陽極電解板之200hr IT長效測試之超氧濃度比較 56
圖45不同抗蝕層陽極電解板之BODE圖 57



【1】 Gregorio Martínez-Sánchez, Saied M. Al-Dalain, Silvia Menéndez, Lamberto Re, Attilia Giuliani, Eduardo Candelario-Jalil, Hector Álvarez, José Ignacio Fernández-Montequín, Olga Sonia León―“ Therapeutic efficacy of ozone in patients with diabetic foot ”523(2005)151–161
【2】Gregorio Martínez-Sánchez, Livan Delgado-Roche, Arquímides Díaz-Batista, Gema Pérez-Davison, Lamberto Re―“Effects of ozone therapy on haemostatic and oxidative stress index in coronary artery disease” European journal of pharmacology 691(2012) 156–162
【3】M.T. Crockett, M. Moynagh, N. Long, A. Kilcoyne, P. Dicker, K. Synnott, S.J. Eustace―“ Ozone-augmented percutaneous discectomy: A novel treatment option for refractory discogenic sciatica ” Clinical Radiology 69(2014) 1280-1286
【4】Bernardino Clavo, Norberto Santana-Rodriguez, Sonnia M. López-Silva, Eugenio Dominguez, Marta Mori, Dominga Gutierrez, Maria A. Hernandez, Francisco Robaina―“Persistent PORT-A-CATH®-Related Fistula and Fibrosis in a Breast Cancer Patient Successfully Treated With Local Ozone Application ” Journal of Pain and Symptom Management 43 (2012)e3-e6
【5】Bernardino Clavo, Daniel Ceballos, Dominga Gutierrez, Gloria Rovira, Gerardo Suarez, Laura Lopez, Beatriz Pinar, Auxiliadora Cabezon, Victoria Morales, Elena Oliva, Dolores Fiuza, Norberto Santana-Rodriguez―“ Long-Term Control of Refractory Hemorrhagic Radiation Proctitis With Ozone Therapy” Journal of Pain and Symptom Management 46(2013) 106-112
【6】L.M. Da Silva, D.V. Franco, J.C. Forti, W.F. Jardim and J.F.C. Boodts― “ Characterisation of a laboratory electrochemical ozonation system and its application in advanced oxidation processes ” J. Applied Electrochemistry, 36, 523-530 (2006)
【7】P.A. Christensen, K. Zakaria, T.P. Curtis― “Structure and Activity of Ni–and Sb–doped SnO2 Ozone Anodes” Ozone:Science &Engineering, 34: 49–56
【8】S.A. Grigoriev, P. Millet, S.A. Volobuev, V.N.
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【9】Marcelo Carmo, David L. Fritz, Ju¨rgen Mergel, Detlef Stolten―“A comprehensive review on PEM water electrolysisl”international journal of hydrogen energy 38 (2013) 4901-4934
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【11】 P. Millet, A. Ranjbari, F. de Guglielmo, S.A. Grigoriev, F. Aupreˆtre ―“Cell failure mechanisms in PEM water electrolyzers” inte rnational journal of hydrogen energy 37 ( 2012 ) 1747 8-17487
【12】S.A. Grigoriev, P. Millet, S.V. Korobtsev, V.I. Porembskiy, M. Pepic, C. Etievant , C. Puyenchet, V.N. Fateev ―“Hydrogen safety aspects related to high-pressure polymer electrolyte membrane water electrolysis” international journal of hydrogen energy 34(2009)5986 – 5991
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【14】Oliver J. Murphy G. Duncan Hitchens―“Electrochemical production of ozone and hydrogen peroxide”US Patent US5972196 A Oct.26,1999
【15】Isao Sawamoto Takayuki Shimamune―“Electrolytic ozone generator”US5607562generator” US5607562 A Mar.4,1997
【16】Shucheng Sun, Zhigang Shao, Hongmei Yu , Guangfu Li , Baolian Yi ―“Investigations on degradation of the long-term proton exchange membrane water electrolysis stack” Journal of Power Sources 267 (2014) 515-520
【17】N. Briguglio, G. Brunaccini , S. Siracusano , N. Randazzo ,
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【18】S. Siracusano, A. Di Blasi, V. Baglio , G. Brunaccini , N. Briguglio , A. Stassi ,R. Ornelas , E. Trifoni , V. Antonucci , A.S. Arico―“Optimization of components and assembling in a PEM electrolyzer stack” international journal of hydrogen energy 36 (2011) 3333-3339
【19】Chia-Chi Sung, Chao-Yang Liu―“A novel micro protective layer applied on a simplified PEM water electrolyser” international journal of hydrogen energy 38(2013)10063-10067
【20】Omer F. Selamet a, b, *, M. Said Ergoktasc―“Effects of bolt torque and contact resistance on the performance of the polymer electrolyte membrane electrolyzers” Journal of Power Sources 281 (2015) 103-113

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