燃料電池中雙極板必須有優良的機械性質、高氣密性、良好導電性及化學穩定性等特性。現行雙極板如石墨雙極板有成本高、重量重、體積大等缺點，在組成電池組時，往往因體積龐大或重，難達成可攜式燃料電池的要求。我們研究室所發展出一種新型非均質雙極板，具備低成本、重量輕、體積小、接觸電阻小、化學穩定性高等優點，有機會取代目前常用的雙極板。
為達到低成本的要求，自動化生產是必需的，本論文新型非均質
雙極板的量產自動化製造方式，是先用黏著劑將導電碳纖維膠合其中段，形成中心硬化而兩端鬆散的碳纖維束排，再以平行排列的方式，以膠合中心為基準，利用射出成型，將導電纖維束排植基於塑膠基板。為縮短自動化機具的研發時程，將自動化製程分成下面四個部份:(1)碳纖維束的展開(2)黏著劑的自動塗佈(3)硬化與裁切(4)雙極板射出成型。
本論文完成了前三部份，所製成的碳纖維束排與一般碳纖維束排
做接觸電阻比較，可以發現，二者接觸電阻差異不大。未來可考慮將分段的製程合併，例如把展開時用的碳纖維收集次滾筒，置換成黏著劑的自動塗佈機臺上的黏著劑轉印滾筒，便能在碳纖維展開後直接貼附上黏著劑，使原本分二部份完成的動作，簡化為單一機台完成，使製程更加縮短。

Bipolar plates used in a PEM fuel cell must have high electric conductivity, good mechanical and chemical stability, low gas permeability, and low cost. For portable applications, lightweight and low volume should also be considered. Our laboratory has developed a new heterogeneous composite bipolar plate. Which has many advantages, such as low contact resistance, good chemical stability, low cost, lightweight and high performance.
Since automation is the key to low cost, this research is to develop the automatic fabrication process of the new plate. The process involves mainly the making of carbon fiber bunches by sticking the central portion of the carbon fiber together with glue but leaving both ends free. Secondly, use injection molding to form the plastic main body with all the carbon fiber bunches. In order to shorten the developing time, we divide the process into four parts: (1) the unfolding of carbon fiber (2) the automation of gluing (3) harden and cutting to sizes (4) Injection molding of bipolar plates.
This thesis has completed the study of the first three parts of the manufacturing processes. We have compared the contact resistances between our product and the previously handmade ones and found that the results are satisfactory.

目錄………………………………………………………………………I
圖目錄…………………………………………………………………IV
表目錄…………………………………………………………………VI
論文摘要(中文)………………………………………………………VII
論文摘要(英文)………………………………………………………IX
第一章 緒論………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………1
1.2 燃料電池種類…………………………………………………3
1.3 文獻回顧………………………………………………………6
1.4 研究目的………………………………………………………9
第二章 質子交換膜燃料電池工作原理與結構…………10
2.1質子交換膜燃料電池的工作原理……………………………10
2.2質子交換膜燃料電池結構……………………………………12
2.2.1 膜電極組……………………………………………12
2.2.1.1 質子交換膜……………………………………13
2.2.1.2 電極……………………………………………14
2.2.2 雙極板與流場………………………………………16
第三章 新型非均質雙極板的介紹………………………18
3.1 現行雙極板之限制…………………………………………18
3.1.1 石墨材質雙極板……………………………………18
3.1.2 金屬雙極板…………………………………………18
3.1.3 碳複合板……………………………………………18
3.2新型非均質雙極板構造………………………………………19
第四章 新型非均質雙極板之量產製程的研發…………21
4.1 碳纖維束的展開……………………………………………21
4.1.1 碳纖維展開的機臺設計……………………………22
4.2黏著劑的自動塗佈……………………………………………25
4.2.1黏著劑的測試………………………………………26
4.2.2 自動化貼附黏著劑機臺設計………………………27
4.2.3 自動化貼附黏著劑機臺控制………………………28
4.3 硬化與裁切…………………………………………………32
4.3.1硬化機具……………………………………………32
4.3.2 裁切機具……………………………………………33
4.4量產化碳纖維束排接觸電阻比較……………………………34
第五章 結論………………………………………………36
5.1 結論…………………………………………………………36
5.2 未來將進行的工作…………………………………………37
參考文獻………………………………………………………………38
圖目錄
圖2.1 燃料電池的工作原理…………………………………………41
圖2.2 燃料電池組結構爆炸圖………………………………………42
圖3.1 碳纖維雙極板示意圖…………………………………………43
圖3.2 新型碳纖維雙極板與電極碳布之接觸示意圖………………44
圖4.1 單束碳纖維展開成品…………………………………………45
圖4.2 展開過程示意圖(一)…………………………………………45
圖4.3 展開過程示意圖(二)…………………………………………46
圖4.4 多束碳纖維展開成品…………………………………………46
圖4.5 多束碳纖維展開實體圖………………………………………47
圖4.6 使用AB膠硬化後的碳纖維束………………………………48
圖4.7 使用環氧樹脂硬化後的碳纖維束……………………………48
圖4.8 使用HOTMAIL硬化後的碳纖維束……………………………49
圖4.9 自動化貼附黏著劑機臺設計簡圖……………………………50
圖4.10 PLC基本架構………………………………………………51
圖4.11 控制系統設計流程…………………………………………51
圖4.12 自動化貼附黏著劑機臺相關尺寸…………………………52
圖4.13 單馬達可調速控制系統……………………………………53
圖4.14 電控配電箱操作面板示意圖………………………………54
圖4.15 輸入輸出點與控制流程圖…………………………………55
圖4.16 電控配電箱內的配線圖……………………………………56
圖4.17 限制擴散銅熱壓模…………………………………………57
圖4.18 限制擴散與形成定位凹槽的銅熱壓模……………………57
圖4.19 加熱硬化機具實體圖………………………………………58
圖4.20 採用自製加熱硬化機具所製成的碳纖維束排……………58
圖4.21 裁紙機實體圖………………………………………………59
圖4.22 定位用平行格線……………………………………………59
圖4.23 雙極板接觸電阻量測設備…………………………………60
圖4.24 量產製程下的單極碳纖維束排……………………………60
圖4.25 量產碳纖維束排與一般碳纖維束排接觸電阻比較………61
表目錄
表1.1 各種燃料電池基本特性的比較……………………………62
表4.1 可程式控制器FX2N性能規格表………………………………63
表4.2 實驗用碳纖維規格……………………………………………64

1."Injection moulded low cost bipolar plates for PEM fuel cells"，A. Heinzel， F.Mahlendorf，O.Nienzig，C.Kreuz， Journal of Power Sources，131， 35-40，2004
2."The electrical and physical properties of alternative material bipolar plate for PEM fuel cell system" M.H.Oh， Y.S.Yoon，S.G.Park，Eletrochimica Acta，50，777-780，2004
3."Characteristics of composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells " E.A. Cho， U.-S. Jeon，H.Y. Ha，S.-A. Hong，I.-H. Oh，Journal of Power Sources，125，178-182，2004
4."Metallic bipolar plates for PEM fuel cells" J. Wind，R. Spah, W.Kaiser，G. Bohm，Journal of Power Sources，105，256-260，2002
5."Stainless steel as bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cells" Heli Wang，Mary Ann Sweikart， John A. Turner，Journal of Power Sources，115，243-251，2003
6."Effect of channal dimensions and shape in the flow-field distributor on the peformance of polymer electrolyte membrane fuel cells" Atul Kumar，Ramana G，Reddy，Journal of Power Sources，113，11-18，2003
7."Materials and design development for bipolar/end plates in fuel cells " Atul Kumar，Ramana G，Reddy，Journal of Power Sources，129，62-67，2004
8."Ferritic stainless steels as bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cells" Heli Wang，John A. Turner，Journal of Power Sources，128，193-200，2004
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11."燃料電池" 黃鎮江 編著，全華科技圖書股份有限公司，92 年11月。
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13."最新可充電電池技術大全"，孫清華編譯，全華科技圖書股份有限公司，92 年9 月。
14."燃料電池－原理與應用" 衣寶廉 編著，五南圖書出版股份有限公司，2005 年3 月
15."三菱可程式控制器指令應用例100題" 廖文賢 編著，雙象貿易股份有限公司，1998 年6 月
16."質子交換膜燃料電池－具有非同質之板體與導電體的燃料電池雙極板之研發"，林明志，碩士論文，國立中山大學機械工程研究所，中華民國九十二年一月。
17."石墨雙極板在HFC電池組之應用研究與新型非均質碳纖維雙極板性能探討"，楊士弘，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。
18."高性能低成本非均質雙極板之研製與應用在PEMFC 之性能分析"，何政儒，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。