傳統雙極板如石墨單/雙極板有成本高、重量重、體積大等缺點，組成電池組時必須使用較大的結合壓力來降低接觸電阻，因此體積大且重，不易應用於可攜式燃料電池。本實驗室發展的新型非均質碳纖維雙極板，配合特製MEA、pumpless及自然吸氣的設計，所製成的燃料電池極適合可攜式DMFC的應用 ，比採用一般雙極板製電池組結構簡單且輕巧。
本實驗室基於可攜式原則下，依序製作出平板型、圓柱型(I)、圓柱型(II)DMFC三個電池組，其中可攜式圓柱型(II)DMFC，不含燃料重量僅約20 g、體積30 cm3，可將甲醇水溶液直接儲存於陽極，容量為7.5 ml，且不用額外輔助設備，有利應用於可攜式燃料電池。在平板型DMFC中，使用Nafion117、陽極觸媒之Pt/Ru含量為3 mg/cm2，陰極觸媒之Pt含量為1 mg/cm2，甲醇濃度3M、Pumpless、自然進氣及室溫下操作，電池最大輸出功率密度為5.27mW/cm2，總功率為71 mW。另外圓柱型(II)DMFC之重量遠比平板型DMFC低，其單位重量功率密度1.33mW/g為平板型DMFC（0.79 mW/g）的1.68倍。

Several disadvantages in general unipolar/bipolar plates are that cost is expensive, weight is heavy and the volume is large. The high compressing pressure is also necessary to reduce the contact resistance in making up a fuel cell stack. Therefore, it is difficult in making use general unipolar/bipolar plates to portable fuel cells. With a new heterogeneous carbon fiber bipolar plate, pumpless and air-breathing design and in cooperating with a special MEA, a portable fuel cell stacks developed in our lab have made portable applications to be possible. The structure of the DMFC stack made with the new carbon fiber bipolar plate is much more simple and weight-light than the other designs.
The three portable DMFC stacks flat type, cylinder type (I), and cylinder type (II) are developed in series in our lab. The methanol solution can be stored directly in the flow channel of the anode, and does not need the extra auxiliary equipment, so it easy to apply to the portable fuel cell. The developed portable DMFC of cylinder type (II), weight is only 20g, volume is 30cm3, and the fuel stored capacity is 7.5ml. In the flat type DMFC, In anode Pt-Ru loading 3 mg/cm2, and cathode Pt loading 1 mg/cm2, methanol concentration 3 M, pumpless, air-breathing, and room temperature, the largest of output power density of the fuel cell can reach 5.27 mW/cm2, and the total power can reach 71 mW. The weight of DMFC of cylinder type (II) is far lower than DMFC of flat type in addition, so its power density 1.33mW/g is about 1.68 times of flat type 0.79 mW/g.

目錄
目錄………………………………………………………………………I
圖目錄…………………………………………………………………..IV
表目錄………………………………………………………………….VI
論文摘要（中文）……………………………………………………..VIII
論文摘要（英文）………………………………………………………IX

第一章. 緒論…………………………………………………………….1
1.1 前言……………………………………………………………...1
1.2 燃料電池的種類……………………………………………… ..2
1.3 文獻回顧………………………………………………………...5
1.4 研究目的………………………………………………………...8
第二章. 直接甲醇燃料電池（DMFC）………………………...10
2.1 背景簡介……………………………………………………….10
2.2 直接甲醇燃料電池之結構………………………………….....11
2.3 膜極組( Membrane Electrode Assembly , MEA )……………..11
2.3.1 質子交換膜……………………………………………..12
2.3.2 催化層…………………………………………………..13
2.3.3 擴散層…………………………………………………..15
2.4 直接甲醇燃料電池的工作原理………………………………..16
2.5甲醇於DMFC中之理論消耗量………………………………….18
第三章. 新型非均質碳纖維雙極板之製作……………………...19
3.1研發新型碳纖維雙極板之目的……………………………..…19
3.1.1新型雙極板之製作材料……………………………..…...21
3.1.2 碳纖維束排之製作流程……………………………..….21
3.1.3 黏結劑選用原則……………………………..………….22
3.1.4 碳纖維束排電阻量測系統…………………..………….23
3.2結語……………………………………………………………..24
第四章. 可攜式直接甲醇燃料電池組之設計製作…………….25
4.1可攜式直接甲醇燃料電池組的研發進展……………….…...25
4.1.1平板型DMFC……………………………………………...25
4.1.2圓柱型(I)DMFC…………………………………………..26
4.1.3圓柱型(II) DMFC………………………………………. .27
4.3結語…………………………………………………………….28
第五章. 實驗結果與分析………………………………………….29
5.1接觸電阻的比較………………………………………………..29
5.2不同製作方法對碳纖維束排電阻的影響……………………..29
5.3甲醇濃度的影響………………………………………………..30
5.4陰極空氣供應方式的影響……………………………………..31
5.5溫度的影響……………………………………………………..32
5.6電池內電阻的影響……………………………………………..32
5.7不同電池組之比較……………………………………………...33
5.8與市面上DMFC之比較………………………………………..35
5.9應用於3C產品的理論消耗量…………………………………..35
5.10單電池與6cell平均值之比較…………………………………36
第六章. 結論…………………………………………………………37
6.1 結論…………………………………………………………….37
6.2 未來可進行之工作…………………………………………….37
參考文獻………………………………………………………………39
















圖目錄
圖2.1 直接甲醇燃料電池工作原理示意圖.………………………..41
圖3.1 傳統石墨雙極板與電極碳布之接觸示意圖………….……..42
圖3.2 新型碳纖維雙極板與電極碳布之接觸示意圖……………...43
圖3.3 碳纖維雙極板示意圖………………………………………...44
圖3.4 碳纖維束製作流程圖………………………………………...45
圖3.5 碳纖維束排電阻量測設備…………………………………...46
圖3.6 碳纖維束排電阻量測示意圖…………………………….…..46
圖4.1 平板型DMFC之零組件……………………………………….47
圖4.2 平板型DMFC之極板設計相關尺寸………………………….47
圖4.3 平板型DMFC組合後照片….…………………………………48
圖4.4 圓柱型（I）DMFC之極板設計相關尺寸……………………49
圖4.5 圓柱型（I）DMFC組合後照片…………………….…………50
圖4.6 圓柱型（II）DMFC之零組件………………………………..50
圖4.7 圓柱型（II）DMFC之極板設計相關尺寸…………………51
圖4.8 圓柱型（II）DMFC組合後照片……………………………..52
圖5.1 在不同結合壓力下，石墨單極板與碳纖維單極板總電組之比較……………………………………………………………..52
圖5.2 在不同結合壓力下，碳纖維單極板含及未含銅箔時，總電阻（含與碳布之接觸電阻）之比較…………………………53
圖5.3 平板型DMFC不同甲醇濃度下，輸出電壓與功率密度vs
電流密度之比較.……………………………………………...53
圖5.4 圓柱型（I）DMFC不同甲醇濃度下，輸出電壓與功率密度vs電流密度之比較….……………………………………….54
圖5.5 圓柱型（II）DMFC不同甲醇濃度下，輸出電壓與功率密度vs電流密度之比較…………………………………………..54
圖5.6 平板型DMFC不同甲醇濃度下，輸出總電壓與總功率密度隨
電流變化之關係………………………………………………55
圖5.7 平板型DMFC不同空氣供給方式對輸出電壓與功率密度之影
響………………………………………………………………55
圖5.8 圓柱型（I）DMFC不同空氣供給方式對輸出電壓與功率密度之影響…………………….……………………………….......56
圖5.9 平板式DMFC在不同溫度下，輸出電壓與功率密度vs電流密度之比較…………………….………………………………...56
圖5.10 平板型DMFC各單電池之輸出電壓vs電流密度之比較…….57
圖5.11 圓柱型（I）DMFC各單電池之輸出電壓vs電流密度之比較…………………………………………………………….57
圖5.12 圓柱型（II）DMFC各單電池之輸出電壓vs電流密度之比較
……………………………………………………………….58
圖5.13 平板型、圓柱型（I）及圓柱型（II）DMFC之輸出電壓vs電流密度之比較….………………………………………….58
圖5.14 平板型、圓柱型（I）及圓柱型（II）DMFC之總電壓vs電流之比較….………………………………………………….59
圖5.15 平板型DMFC中MEA之電極情形……………………………59
圖5.16 圓柱型（II）DMFC中MEA之電極剝離情形……………….60
圖5.17 單電池與6cell的平均值比較………………………………60












表目錄
表5.1單電池間產生之分流與平均值之比較…………………………61
表5.2數種DMFC之比較…………………………….…………….62
表5.3不同甲醇儲存容量之使用時間比較……………………………63
表6.1三種不同DMFC電池組之比較…………………………………..64

參考文獻
1. "Open circuit voltage and methanol crossover in DMFCs", Zhigang Qi, Arthur Kaufman, Journal of Power Sources, 110, 177-185, 2002.
2. "Performance of an air-breathing direct methanol fuel cell", C.Y. Chen, P. Wang, Journal of Power Sources, 113, 145-150, 2003.
3. "Direct methanol fuel-cell combined with a small back-up battery", Jaesung Han, Eun-Sung Park, Journal of Power Sources, 112, 477-483, 2002.
4. "The effect of methanol concentration on the performance of a passive DMFC", J.G. Liu, T.S. Zhao , R. Chen, C.W. Wong , Electrochemistry Communications, 7, 288-294 ,2005.
5. "Effect of CO in the anode fuel on the performance of PEM fuel cell cathode", Zhigang Qi, Chunzhi He, Arthur Kaufman, Journal of Power Sources, 111, 139-247, 2002.
6. "Influence of electrode structure on the performance of a direct methanol fuel cell", Zhaobin Wei, Suli Wang, Baolian Yi, Jianguo Lin, Journal of Power Sources, 106, 364-369, 2002.
7. "Development of high-power electrodes for a liquid-feed direct methanol fuel cell", C.Lim, C.Y.Wang, Journal of Power Sources, 113, 145-150, 2003.
8. "Design and fabrication of pumpless small direct methanol fuel cells for portable applications", Takahiro Shimizu , Toshiyuki Mommaa, Mohamed Mohamedia,Tetsuya Osaka a, Srinivasan Sarangapani
, Journal of power sources,137,277-283,2004.
9. "高性能新型碳纖維雙極板在DMFC之應用研究"，蘇烽堅，碩士論文，國立中山大學機械工程研究所，中華民國九十三年六月。