Responsive image
博碩士論文 etd-0830113-151037 詳細資訊
Title page for etd-0830113-151037
論文名稱
Title
具非均質雙極板之燃料電池堆
A fuel cell stack with Heterogeneous composite bipolar plate
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
97
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2013-09-27
繳交日期
Date of Submission
2013-09-30
關鍵字
Keywords
模具、碳纖維束、燃料電池堆、3D Printer、非均質碳纖維雙極板
Heterogeneous composite bipolar plate, 3D Printer, model, fiber, fuel cell stack
統計
Statistics
本論文已被瀏覽 5642 次,被下載 1088
The thesis/dissertation has been browsed 5642 times, has been downloaded 1088 times.
中文摘要
雙極板的設計決定了燃料電池大部分的成本,也是影響電池性能的主件之一。在雙極板的材料上,我們選擇用碳纖維作為雙極板的電流收集器,這不僅降低了燃料電池的重量,也因為碳纖維的低成本,使之商業化潛力無窮。而碳纖維以外雙極板的組件製作上,則採用3D Printer技術製作,因為其在研發上的的便利性。
3D Printer製作之組件與碳纖維束的組裝黏合,製成雙極板,再據以組裝成兩個Cell的燃料電池堆,並探討非均質碳纖維雙極板的燃料電池堆的性能表現,與射出成形製作上之差異。
Abstract
The design of the bipolar plates decides most of the cost of Fuel Cell.Bipolar plate has a great influence in Fuel Cell performance.We choose carbon fiber as the current collector of bipolar plates.It reduce weight and has great potential in business because it’s low cost.The other parts of bipolar plate makes by 3D Printer except carbon fiber.We choose 3D Printer to make bipolar plates because it’s convenient in research and design.
The combination of carbon fiber and the other parts made by 3D Printer. Assemble it into bipolar plate and assemble bipolar plate into a 2 cell Fuel Cell. Investigate the performance of heterogeneous composite bipolar plate Fuel Cell and different of injection molding production.
目次 Table of Contents
目錄
論文審定書 ............................................. i
謝誌 .................................................. ii
摘要 ................................................. iii
Abstract .............................................. iv
目錄 ................................................... v
圖表目錄 ............................................... vii
第一章 緒論 .............................................. 1
1.1 前言 .............................................. 1
1.2 燃料電池的種類與優點 ............................... 2
1.3 研究目的與動機 ..................................... 2
1.4 文獻回顧 ............................................ 3
第二章 PEMFC 工作原理與結構介紹 .......................... 8
2.1 PEMFC 的工作原理 .................................... 8
第三章 實驗材料與儀器設備之介紹 ......................... 14
3.1 實驗材料 .......................................... 14
3.2 實驗設備 .......................................... 16
第四章 結果與討論 ....................................... 23
4.1 雙極板的材料選擇與碳纖維束的製作 ................... 23
4.2 3D Printer 介紹及非均質碳纖維雙極板之製作 .......... 26
4.3 3D Printer 製作之非均質碳纖維雙極板的組件設計 ..... 29
4.4 非均質碳纖維雙極板組件的組裝 ....................... 30
4.5 非均質碳纖維雙極板燃料電池堆之組裝 ................. 32
4.6 射出成形製作之非均質碳纖維雙極板 ................... 33
4.7 非均質碳纖維雙極板燃料電池堆之測試與問題探討 ....... 34
第五章 結論 ............................................. 37
參考文獻 ................................................ 38

圖表目錄
表3.1 台麗朗碳纖維規格 ................................. 40
表3.2 WH-2370 AB 特性 ................................... 41
表3.3 MiiCraft Resin 特性 ............................... 41
表4.7.1 碳纖維束電極覆蓋面積對功率密度的影響 ............ 42
圖3.1 超音波振盪機(LEO-3002) ............................ 43
圖3.2 直流電子負載器(轉載博計電子股份有限公司) ....... 44
圖3.3 磁力攪拌加熱器(轉載尚偉股份有限公司) ........... 45
圖3.4 雙軸微步進馬達控制器(轉載坦聯企業) ............... 45
圖3.5 X-Y 精密移動平台 .................................. 45
圖3.6 電子秤(轉載尚偉股份有限公司) ................... 46
圖3.7 微注射幫浦 ....................................... 46
圖3.8 低壓高霧化噴槍(轉載東興昌股份有限公司) ........... 47
圖3.9 噴槍噴頭部分拆解圖 ............................... 47
圖3.10 MEA 熱壓模具 ..................................... 48
圖3.11 MEA 熱壓模具加熱器 ............................... 48
圖3.12 熱壓機 .......................................... 49
圖3.13 碳纖維展開機 .................................... 50
圖3.14 自動上膠機 ...................................... 51
圖3.15 上膠用之筆筒、筆針與筆架 ......................... 51
圖3.16 上膠模具 ........................................ 52
圖3.17 碳纖維束裁切機 .................................. 52
圖3.18 碳纖維束測漏模具 ................................ 53
圖3.19 非均質碳纖維雙極板氣漏測試模具 ................... 53
圖3.20 六件式碳纖維束與夾持纖維肋條之黏合模具 ........... 54
圖3.21 非均質碳纖維雙極板組合用整體模具 ................. 54
圖3.22 MiiCraft 3D Printer 正面及背面外觀 ............... 55
圖3.23 紫外燈箱 ......................................... 55
圖4.2.1 3D Printer 製作原理簡易流程圖 ................... 56
圖4.2.2 MiiCraft 3D Printer 正面及背面外觀 .............. 56
圖4.2.3 光敏樹脂主要成分 ............................... 57
圖4.2.4 光敏樹脂反應聚合過程 ........................... 57
圖4.2.5 3D Printer 內部架構 ............................. 58
圖4.2.6 紫外燈箱 ........................................ 58
圖4.2.7 照射時間不足之夾持纖維肋條 ...................... 59
圖4.2.8 照射時間過長之夾持纖維肋條 ...................... 59
圖4.3.1 碳纖維雙極板整體爆炸圖 .......................... 60
圖4.3.2 碳纖維雙極板夾持纖維肋條組件 .................... 60
圖4.3.3 碳纖維雙極板導氣端條及其示意圖 .................. 61
圖4.3.4 63mm 裁切好之碳纖維束 ........................... 62
圖4.3.5 碳纖維測漏模具 ................................. 62
圖4.4.1 六件式碳纖維束與夾持纖維肋條之黏合模具 .......... 63
圖4.4.2 將夾持纖維肋條裝入六件式之黏合模具 .............. 63
圖4.4.3 將碳纖維束裝入模具與夾持纖維肋條黏合 ............ 64
圖4.4.4 碳纖維束示意圖 .................................. 64
圖4.4.5 碳纖維束與夾持纖維肋條之黏合模具之上蓋 .......... 65
圖4.4.6 透過C 型夾對碳纖維束及夾持纖維肋條黏合加壓 ...... 65
圖4.4.7 夾持纖維肋條與碳纖維束結合完成之組件 ............ 66
圖4.4.8 非均質碳纖維雙極板組合用整體模具 ................ 66
圖4.4.9 將碳纖維束與夾持纖維肋條黏合完成之組件放入組合模具
底板1 與導氣端條黏合 .................................... 67
圖4.4.10 將兩塊上蓋放上並組合 ........................... 67
圖4.4.11 使用C 型夾對黏合進行加壓 ....................... 68
圖4.4.12 將碳纖維束與夾持纖維肋條完成之組件放入底板2 與底板
1 結合 .................................................. 68
圖4.4.13 將底板加強固定之模具與底板1、2 和兩塊上蓋用螺絲鎖
附 ...................................................... 69
圖4.4.14 放上加壓用模具 ................................. 69
圖4.4.15 使用C 型夾對黏合進行加壓 ....................... 70
圖4.4.16 非均質碳纖維雙極板黏合組裝完成圖 ............... 70
圖4.4.17 非均質碳纖維雙極板氣漏測試模具 ................. 71
圖4.5.1 雙極板氫氣連結管在周圍塗上Silicone ............. 72
圖4.5.2 兩塊端板內側 .................................... 72
圖4.5.3 兩塊端板外側 .................................... 73
圖4.5.4 MEA 加壓模具與塗上silicone 之雙極板 ............. 73
圖4.5.5 將MEA 與雙極板進行黏合 .......................... 74
圖4.5.6 雙極板與MEA 黏合完成圖 .......................... 74
圖4.5.7 雙極板組合時中間之支撐板 ........................ 75
圖4.5.8 組合完成之非均質碳纖維雙極板燃料電池堆 .......... 75
圖4.6.1 射出成形之非均質碳纖維雙極板 .................... 76
圖4.6.2 兩塊獨立電極之MEA .............................. 76
圖4.6.3 組裝完成之燃料電池堆 ............................ 77
圖4.6.4 熱壓用模具外觀 .................................. 77
圖4.6.5 射出成形之性能曲線圖 ............................ 78
圖4.6.6 碳纖維板之溢膠情形 .............................. 78
圖4.6.7 改變模具壓條形狀 ................................ 79
圖4.7.1 非均質碳纖維雙極板燃料電池堆之測試設備 .......... 80
圖4.7.2 單Cell 性能曲線及碳纖維束壓縮量性能比較圖 ....... 80
圖4.7.3 兩Cell 之性能曲線圖 ............................. 81
圖4.7.4 3D Printer 與射出成形製作之非均質碳纖維雙極板性能比
較 ...................................................... 81
圖4.7.6 長條狀觸媒面積之噴塗 ........................... 83
圖4.7.7 長條狀觸媒面積性能曲線 ......................... 83
參考文獻 References
(1) “A 10 kW class PEM fuel cell stack based on the catalyst-coated membrane (CCM) method”, Mingruo Hu, Sheng Sui, Xinjian Zhu, Qingchun Yu, Guangyi Cao, Xueying Hong, Hengyong Tu, International Journal of Hydrogen Energy,Volume 31, Issue 8, July 2006, Pages 1010–1018
(2) “Design and manufacturing of end plates of a 5 kW PEM fuel cell”, S. Asghari, M.H. Shahsamandi, M.R. Ashraf Khorasani, International Journal of Hydrogen Energy,Volume 35, Issue 17, September 2010, Pages 9291–9297
(3) “High performance PEMFC stack with open-cathode at ambient pressure and temperature conditions”, D.T. Santa Rosa, D.G. Pinto, V.S. Silva, R.A. Silva, C.M. Rangel, International Journal of Hydrogen Energy,Volume 32, Issue 17, December 2007, Pages 4350–4357
(4) “Experimental characterization methodology for the identification of voltage losses of PEMFC: Applied to an open cathode stack”, A. Husar, S. Strahl, J. Riera, International Journal of Hydrogen Energy,
Volume 37, Issue 8, April 2012, Pages 7309–7315
(5) “Experimental investigation of dynamic performance and transient responses of a kW-class PEM fuel cell stack under various load changes”, Yong Tang, Wei Yuan, Minqiang Pan, Zongtao Li, Guoqing Chen, Yong Li, Applied Energy,Volume 87, Issue 4, April 2010, Pages 1410–1417
(6) “Study of gas pressure and flow rate influences on a 500 W PEM fuel cell, thanks to the experimental design methodology”, B. Wahdame,D. Candusso, Jean-Marie Kauffmann, Journal of Power Sources,Volume 156, Issue 1, 19 May 2006, Pages 92–99
(7) “The development of a small PEMFC combined heat and power system”, Hsin-Sen Chu, Fanghei Tsau, Yi-Yie Yan, Kan-Lin Hsueh, Fa-Lin Chen, Journal of Power Sources,Volume 176, Issue 2, 1 February 2008, Pages 499–514
(8) “Development and performance of a 10 kW PEMFC stack”, J. Scholta, N. Berg, P. Wilde, L. Jörissen, J. Garche, Journal of Power Sources,Volume 127, Issues 1–2, 10 March 2004, Pages 206–212
(9) “Performance and lifetime analysis of the kW-class PEMFC stack”, S.-Y. Ahn, S.-J. Shin, H.Y. Ha, S.-A. Hong, Y.-C. Lee, T.W. Lim, I.-H. Oh, Journal of Power Sources ,Volume 106, Issues 1–2, 1 April 2002, Pages 295–303
(10) “Operating characteristics of an air-cooling PEMFC for portable applications”, Young-Jun Sohn, Gu-Gon Park, Tae-Hyun Yang, Young-Gi Yoon, Won-Yong Lee, Sung-Dae Yim, Chang-Soo Kim, Journal of Power Sources ,Volume 145, Issue 2, 18 August 2005, Pages 604–609
(11) “Design Methodology of a Proton Exchange Membrane Modular Fuel Cell of 100W Power Output”,Munzer S.Y.Ebaid,Mohamad Y.Mustafa,Journal of Fuel Cell Science and Technology,December 2011,Vol. 8 page 061017-1-10
(12) “Continuous bubble humidification and control of relative humidity of H2 for a PEMFC system”, G. Vasu, A.K. Tangirala, , B. Viswanathan, K.S. Dhathathreyan, International Journal of Hydrogen Energy ,Volume 33, Issue 17, September 2008, Pages 4640–4648
(13) “Development of a heterogeneous composite bipolar plate of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell, ” Ming-San Lee, Long-Jeng Chen, Zheng-Ru He, Shih-Hong Yang, The Journal of Fuel Cell Science and Technology, 2005.
(14) “500W燃料電池MEA製作之性能”蔡柏鋒,碩士論文,國立中山
大學機械與機電工程研究所,中華民國101年2月
電子全文 Fulltext
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的,進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定,切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送,以免觸法。
論文使用權限 Thesis access permission:自定論文開放時間 user define
開放時間 Available:
校內 Campus: 已公開 available
校外 Off-campus: 已公開 available


紙本論文 Printed copies
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊,請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。
開放時間 available 已公開 available

QR Code