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博碩士論文 etd-0909108-211055 詳細資訊
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論文名稱
Title
阻止DMFC 中甲醇crossover 之研究
The study on the methanol crossover in a DMFC
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
85
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
2008-07-30
繳交日期
Date of Submission
2008-09-09
關鍵字
Keywords
膜電極組、甲醇穿透、直接甲醇燃料電池
Methanol crossover, MEA, Direct methanol fuel cell
統計
Statistics
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中文摘要
本實驗探討在DMFC電極能力範圍內,配合電力需求,供應適量甲醇,使之能在陽極反應,達成無甲醇穿透至(Methanol crossover)陰極的目標的可行性。
經多種嘗試發現以電噴灑方式可少量供應燃料,使甲醇能在電極能力範圍內即時消耗完畢,唯甲醇溶液會因揮發現象,使實際發電量與送入量不符;而以注射幫浦直接碰觸電極供應甲醇方式,能將揮發現象降低,發電量與輸入甲醇量相符,雖僅能使用在低甲醇濃度,日後希望能加以應用以完全解決crossover問題。在電極設計方面,我們嘗試在陽極拿掉碳布僅留下催化層,使甲醇能順利接觸到催化劑並快速反應,此改變對本實驗確實有較好的效果。
在研究過程中,我們發現要達成此目標有幾個困難點:(1)甲醇進給量的控制(2)以噴灑方式供應時,甲醇揮發的影響(3)直接在電極表面供應燃料時,反應的面積太小;往後在電池設計上需加以注意。
Abstract
In this experiment, we are going to discuss the possibility of zero methanol crossover to the cathode target within the capacity of DMFC electrode and with proper methanol supply.
After various trials, it is found that electrospray can be used to reduce fuel demand. The methanol will be consumed immediately within the electrode capacity. The methanol solution is volatile. As a result, the actual amount of electricity generated will never accord with the input. If we supply the electrode with methanol by direct contact using infusion pump, the volatility will be reduced. The total power generated then accords with the amount of methanol input. Although only low methanol concentration is supported currently, it’s hoped that the crossover problem can be solved completely. In the electrode design, we try to take away the carbon cloth from the anode and leave the catalyst layer. By this way, the methanol is in touch with the catalyst. Such change is good for this experiment.
In our study, following difficulties are found:
(1) Methanol input
(2) The impact of volatility in electrospray
(3) When supplying fuels to the surface of electrode, the reaction size is too small.
More attentions should be paid in the future cell design.
目次 Table of Contents
目錄
目錄 I
圖目錄 III
摘要 VI
Abstract VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 燃料電池的介紹 2
第二章 直接甲醇燃料電池基本架構 6
2.1 直接甲醇燃料電池的結構 6
2.1.1 質子交換膜 6
2.1.2 催化劑(觸媒) 8
2.1.3 DMFC陽極 10
2.1.4 DMFC陰極 11
2.1.5 膜電極組製作方式 12
2.1.6 膜電極組(Membrane Electrode Assembly,MEA) 14
2.1.7 雙極板(Bipolar Plate) 15
2.2 研究目的與動機 17
2.3 文獻回顧 18
第三章 直接甲醇燃料電池(DMFC)工作原理 23
3.1 DMFC反應原理 23
3.2 DMFC的極化現象 24
3.3 燃料電池的極化曲線 25
第四章 實驗材料及實驗儀器 27
4.1 實驗器材 27
4.1.1 實驗材料 27
4.1.2 實驗設備 28
4.2 MEA製作 33
4.2.1 Nafion117質子交換膜的預處理 34
4.2.2 MEA電極製作 34
4.3 STACK製作 38
4.4 燃料與氧化劑 39
4.5 性能測試 39
4.6 DAQ卡資料擷取系統與Keithley 2000資料擷取軟體 40
4.7 實驗準備 40
第五章 實驗方法與結果分析 42
5.1 實驗設計 42
5.2 噴槍噴灑供應燃料實驗 42
5.2.1 噴槍噴灑供應燃料於傳統電極 43
5.2.2 噴槍噴灑供應燃料於轉印電極 44
5.3 電噴灑供應燃料 46
5.3.1 電噴灑供應甲醇,濃度3M測試 47
5.3.2 電噴灑供應甲醇,濃度17.8M測試 48
5.4 直接抵觸電極供應燃料 49
第六章 結論與建議 52
參考文獻 53
圖附錄 56

圖目錄
圖2.1 DMFC單電池工作原理示意圖 56
圖2.2 碳纖維束單極板 57
圖3.1燃料電池的極化曲線 57
圖4.01超音波震盪機 58
圖4.02電子秤 58
圖4.03布涅爾氏硬度試驗機 59
圖4.04熱壓模組 59
圖4.05電子負載 60
圖4.06光學顯微鏡 60
圖4.07三用電錶 61
圖4.08高壓電源供應器 61
圖4.09注射幫浦 62
圖4.10微量注射針筒 62
圖4.11雙軸微步進馬達控制器 63
圖4.12X Y精密移動平台 63
圖4.13三通接頭 64
圖4.14轉印MEA熱壓準備 64
圖4.15電噴灑陽極MEA熱壓準備 65
圖4.16單電池零組件(1) 65
圖4.17組裝完成圖(1) 66
圖4.18單電池零件組(2) 67
圖4.19組裝完成圖(2) 67
圖4.20電噴灑進料 68
圖4.21電噴灑進料孔 68
圖5.01 STACK1示意圖 69
圖5.02 噴槍噴灑原理 69
圖5.03 傳統電極噴槍噴 70
圖5.04 轉印電極製作圖 70
圖5.05 轉印電極噴槍噴 71
圖5.06 陽極電噴無碳布電極 71
圖5.07 電噴陽極MEA性能圖 72
圖5.08 STACK2示意圖 72
圖5.09 濃度3M電噴灑 73
圖5.10 濃度17.8M電噴灑 73
圖5.11 電極剖面圖 74
圖5.12 電極反應能力示意圖 74
圖5.13 濃度1M直接碰觸 75
圖5.14 濃度3M直接碰觸 75
參考文獻 References
1. “Water and air management systems for a passive direct methanol fuel cell”, Gregory Jewett, Zhen Guo, Amir Faghri, Journal of Power Sources 168 (2007) 434–446
2. “Low Crossover of Methanol and Water Through Thin Membranes in Direct Methanol Fuel Cells”, Fuqiang Liu, Guoqiang Lu, and Chao-Yang Wanga, Journal of The Electrochemical Society, 153 3 A543-A553 2006
3. “A direct methanol fuel cell system with passive fuel delivery based on liquid surface tension” Yuming Yang, Yung C. Liang, Journal of Power Sources 165 (2007) 185–195
4. “Analysis of membrane electrode assembly (MEA) by environmental
scanning electron microscope (ESEM)”, H.M. Yu, J.O. Schumacher, M. Zobel, C. Hebling, Journal of Power Sources 145 (2005) 216–222
5. “Initial driving force for proton transfer in Nafion”, Muneyuki Tsuda, Nelson B. Arboleda Jr., Hideaki Kasai, Chemical Physics 324 (2006) 393–397
6. “Estimating the methanol crossover rate of PEM and the efficiency
of DMFC via a current transient analysis”, T.H. Kin, W.Y. Shieh, C.C. Yang, George Yu, Journal of Power Sources 161 (2006) 1183–1186
7. “Transport behavior of water confined in carbon nanotubes”, Yingchun Liu and Qi Wang, PHYSICAL REVIEW B 72, 085420 2005
8. “Transport of a liquid water and methanol mixture through carbon
nanotubes under a chemical potential gradient”, Jie Zheng and Erin M. Lennon, Heng-Kwong Tsao, Yu-Jane Sheng, Shaoyi Jiang, THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 122, 214702 (2005)
9. “Micro-electro-mechanical systems (MEMS)-based micro-scale direct methanol fuel cell development”, Shi-Chune Yao, Xudong Tang, Cheng-Chieh Hsieh, Yousef Alyousef, Michael Vladimer, Gary K. Fedder, Cristina H. Amon , Energy 31 (2006) 636–649
10. “實用理論電化學”,郁仁貽編譯,徐氏基金會出版,中華民國八十年二月十二日再版
11. “Performance of an integrated composite membrane electrode assembly in DMFC”, Nianfang Wan a, Zongqiang Maoa, Cheng Wang a, Gang Wang, Journal of Power Sources 163 (2007) 725–730
12. “以轉印法製作DMFC電極之探討”,許俊明,碩士論文,國立中山大學機械與機電工程研究所,中華民國九十六年九月
13. “The influence of catalyst layer morphology on the electrochemical performance of DMFC anode”, Zhanliang Wang , Yang Liu, Vladimir M. Linkov, Journal of Power Sources 160 (2006) 326–333
14. “A polymer electrolyte fuel cell life test: 3 years of continuous operation”, S.J.C. Cleghorn , D.K. Mayfield, D.A. Moore, J.C. Moore, G. Rusch, T.W. Sherman, N.T. Sisofo, U. Beuscher, Journal of Power Sources 158 (2006) 446–454
15. “Characterization of catalysts and membrane in DMFC ifetime testing”, Xuan Cheng, Cheng Peng, Mengdi You, Lian Liu, Ying Zhang, Qinbai Fan, Electrochimica Acta 51 (2006) 4620–4625
16. “燃料電池-原理與應用”,衣寶廉編著,黃朝榮、林修正校訂,五南出版社,2005年3月
17. “燃料電池-修訂版”,黃鎮江編著,全華出版社,2005年3月
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