Analysis of Air-Breathing Planar Membraneless Micro Fuel Cell Performance

本論文採用商業套裝軟體CFDRC對進氣型無薄膜燃料電池進行三維系統下的數值模擬，並將其系統中的流場、濃度場和電化學場中各物種所呈現的速度場、質量傳遞現象和電池性能做一系列的說明。論文中以有限體積法和疊代法來求解相關的統御方程式。此無薄膜燃料電池採用甲酸和硫酸的混合水溶液當做燃料，並從陽極主流道入口通入；硫酸水溶液當做氧化劑，並從陰極主流道入口通入；此外，在氣體擴散電極處通入氧氣。根據文獻中實驗做合理的基本假設後，改變合理的操作參數，如反應物濃度、反應物流量、流道幾何尺寸和觸媒層孔隙率等，並觀察其對電池的性能、流場的速度和濃度分佈等的影響結果，以期找出能改善電池性能的重要依據。模擬結果顯示，相對陽極處的操作條件，如濃度、觸媒層厚度和孔隙率、氣體擴散電極厚度和孔隙率，陰極處的改變會都會較佳的改善幅度，濃度上的增加會使得性能提升，特別是氧氣的部分；而結果看來厚度和孔隙率的增加對反應物的消耗有正面的幫助，只是厚度的影響有較明顯的極限存在。對高流量的反應物來說，會使得電池性能下降。至於流道幾何尺寸來看，流道長度增加雖使電流密度提升，但因燃料穿透愈來愈明顯，故效果有限；而對高高寬比的流道結構會有較佳的電池性能表現，因高寬比除了直接牽扯到歐姆阻抗的問題，對需考量燃料穿透和流量帶來損害的可能性。