蘇金佳臺灣大學：機械工程學研究所陳仕霖Chen, Shi-LinShi-LinChen2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61347摘要 在現今能源需求越來越多的時代裡，燃料電池的發展確是一項非常重要的能源科技，而其中又以直接甲醇燃料電池（DMFC）以甲醇水溶液和氧氣作為反應物之化學反應為最安全，因其沒有氫氣爆炸的危險，且其陽極反應物體積較小，攜帶方便，非常適合用於個人隨身電子產品，其在未來應用潛力無窮，近年來相關研究蓬勃發展。 本實驗為提升DMFC性能，以四種不同的電池陰極流道形狀，其為蛇形流道（Serpentine Flow Field，SFF）、交叉流道（Interdigitated Flow Field，IFF）、棋盤流道（Grid Flow Field，GFF）、平行流道（Channel Flow Field，CFF），再透過電池兩側反應物濃度變化為操作變數，來觀察DMFC的電壓-電流（I-V）與電功率-電流（I-P）的關係。其中，電池兩側反應物的流量、壓力與溫度在本實驗中為控制變數。 由實驗結果得知，電池陰極端流道形狀變化對DMFC的影響，只有在當電池之陽極甲醇濃度較低（如1M），而陰極氧氣濃度較高（如純氧）時較有顯著的變化，如此時本實驗中的交叉流道(IFF）對電池的性能提升有顯著的效果，電功率密度達到4.068mW/ cm²。但陽極甲醇濃度的改變對陰極交叉流道也有相當的影響，進而間接也影響直接甲醇燃料電池的性能效率。本實驗中，亦透過探討流道孔隙率與流道路徑關係對DMFC的性能影響。由實驗結果得知，流道面積比(流道孔隙率）對DMFC的性能影響較小，而流道的路徑關係對DMFC的性能影響卻較大，如當達到上述實驗條件時，IFF之最大電功率密度值（4.068mW/ cm²）大於GFF之最大電功率密度值（3.06mW/ cm²），但是IFF孔隙率（67％）小於GFF孔隙率（84％）。由此得知，要設計一能有效提升DMFC性能之流道形狀，其首重因素為流道在質子交換膜(MEA）的作用面積下之流道路徑，而不是增加流道面積比(孔隙率）。目錄 內容 頁次 中文摘要.........................................I 英文摘要.......................................III 目錄........................................V 表目錄.........................................VIII 圖目錄...........................................IX 符號說明........................................XI 第一章 緒論.....................................1 1-1 前言......................................1 1-2 研究目的..................................2 1-3 燃料電池的由來............................3 1-4 燃料電池的種類............................4 1-5 直接甲醇燃料電池的工作原理................6 第二章 文獻回顧..................................8 第三章 實驗設備與過程.........................13 3-1 電池組系統...............................13 3-1.1 膜極組.....................................13 3-1.1.1質子交換膜.................................14 3-1.1.2陽極（甲醇）、陰極（氧氣）側作用層..............14 3-1.1.3陽極（甲醇）、陰極（氧氣）側擴散層..............16 3-1.2 雙極流道板.................................17 3-1.2.1流道板材料的選擇...........................17 3-1.2.2流道設計...................................17 3-1.3 集電銅片...................................19 3-1.4 鋁製壓力端板...............................20 3-1.5 防漏與絕緣墊片.............................20 3-2 甲醇系統（陽極側）.........................21 3-2.1 甲醇儲存槽.................................21 3-2.2 甲醇壓力泵.................................22 3-3 氧氣及空氣系統...........................22 3-3.1 氧氣系統...................................22 3-3.2 空氣系統...................................23 3-4 量測系統..................................23 3-4.1 壓力計.....................................23 3-4.2 流量計.....................................24 3-4.3 電子式負載計...............................24 3-4.4 周圍配管接頭...............................24 3-5 實驗過程.................................25 3-5.1 流道組合對電池性能之影響...................25 3-5.2 甲醇水濃度對電池性能之影響.................25 3-5.3 氧氣濃度對電池性能之影響...................26 3-5.4 量測電壓與電流關係.........................26 3-5.5 實驗變數設定...............................27 第四章 實驗結果與討論......................29 4-1 電位影響..................................30 4-2 電功率影響...............................34 4-3 最大電功率密度與平均值之比較.............36 第五章 結論與建議.............................39 5.1 結論.....................................39 5.2 建議.....................................41 參考文獻........................................43 附表.............................................46 附圖.............................................49 附錄A 誤差分析................................701323155 bytesapplication/pdfen-US直接甲醇燃料電池Direct Methanol Fuel Cellthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61347/1/ntu-94-R91522310-1.pdf