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研究生: 莊睿欣
論文名稱: 觀察甲醇燃料電池陽極氣泡產生與脫離現象—以雙氧水代替甲醇模擬氣泡的生成
指導教授: 錢景常
曾繁根
潘欽
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: 甲醇燃料電池碳管氣泡脫離氣泡移動
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  • 因為傳統石化能源使用殆盡的危機,所以燃料電池目前正被廣泛的研究。小型燃料電池中,甲醇燃料電池最被積極發展,但是甲醇燃料電池的陽極端會產生二氧化碳氣泡堆積,如果氣泡沒有順利移除將會使電池效率降低。碳管三維的特殊結構與性質被用來增大燃料電池反應面積,但是陽極反應區的二氧化碳氣泡堆積與碳管之間的關係卻沒有相關文獻進行討論。
    本論文率先探討反應區加入碳管後,碳管對於氣泡的影響。研究內容主要分為製作不同型態的碳管與傳統反應區的白金載體材料比較,使用高速攝影機與電化學儀器來直接與間接比較說明氣泡在反應區的產生與脫離現象。因為甲醇會對白金產生毒化問題,造成實驗觀察上的困難,本實驗使用雙氧水代替甲醇在碳管表面與白金發生催化反應,藉此產生氧氣氣泡。
    本論文比較了四種不同類型反應區的白金載體,有光滑矽基材、碳紙、碳布與碳管,分別用E-gun在載體表面鍍上3nm厚度的白金,放進雙氧水中進行各項氣泡產生的實驗,實驗結果發現含有碳管的白金表面,經過親水處理後,氣泡移除的能力佳,比光滑的白金表面氣泡的脫離平均半徑小4倍以上;載體為碳管的白金試片,當試片傾斜角小於135˚時,氣泡在半徑成長到40μm以前會從表面移動脫離。


    第一章 緒論 1 1.1. 燃料電池的基本工作原理 1 1.2. 燃料電池的種類 3 1.3. 燃料電池∼直接甲醇燃料電池 4 1.4. 甲醇燃料電池的問題 8 1.5. 甲醇燃料電池的市場應用 9 1.6. 此論文的研究與目標 10 第二章 文獻回顧 11 第三章 實驗設計 15 3.1. 實驗架構 15 3.2. 試片的製作 18 3.2.1 碳管備製 18 3.3. 氣泡量測機制的建立 21 3.3.1 高速攝影機 21 3.3.2 電化學量測 21 第四章 實驗結果與討論 25 4.1 試片製作 25 4.1.1. 碳管成長結果 25 4.1.2. 碳管的黏著度的解決 27 4.1.3. 白金催化劑製作結果 29 4.1.4. 親水處理 31 4.2 氣泡上升速度比較 35 4.3 氣泡在不同傾斜面移動脫離能力比較 37 4.4 電化學實驗輔助結果 46 第五章 結論 53 第六章 未來工作 55 參考文獻 56 附錄一 58

    【1】 衣寶廉,“燃料電池Fuel Cell-高效、環保的發電方式”,五南圖書。
    【2】 P. Argyropoulos, K. Scott, W.M. Taama, “Gas evolution and power performance in direct methanol fuel cells”, J. APP. Electrochem. 29 (1999) p.663
    【3】 K. Scott, W.M. Taama, P. Argyropoulos, “Material aspects of the liquid feed direct methanol fuel cell”, J. APP. Electrochem. 28 (1998) p.1389
    【4】 G.Q. Lu, C.Y. Wang, “Electrochemical and flow characterization of a direct methanol fuel cell”, J. Power Sources. 134 (2004) p.33
    【5】 K. Scott, P. Argyropoulos, P. Yiannopoulos and W.M. Taama, “Electrochemical and gas evolution characteristics of direct methanol fuel cells with stainless steel mesh flow beds”, J. APP. Electrochem. 31 (2001) p.823
    【6】 H. Yang, T.S. Zhao, Q. Ye, “In situ visualization study of CO2 gas bubble behavior in DMFC anode flow fields”, J. Power Sources. 139 (2005) p.79
    【7】 H. Yang, T.S. Zhao, Q. Ye, “Addition of non-reacting gases to the anode flow field of DMFCs leading to improved performance”, Electrochem. Commun. 6(2004) p.1098
    【8】 T. Bewer, T. Beckmann, H. Dohle, J. Mergel, D. Stolten, “Novel method for investigation of two-phase flow in liquid feed direct methanol fuel cells using an aqueous H2O2 solution”, J. Power Sources. 125 (2004) p.1
    【9】 Z. Liu, X. Lin, J.Y. Lee, W. Zhang, M. Han, L.M. Gan, “Preparation and Characterization of Platinum-Based Electrocatalysts on Multiwalled Carbon Nanotubes for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”, Langmuir. 18 (2002) p.4054
    【10】 Z. He, J. Chen, D. Liu, H. Tang, W. Deng, Y. Kuang, “Deposition and electrocatalytic properties of platinum nanoparticals on carbon nanotubes for methanol electrooxidatio”, Mater. Chem. Phy. 85 (2004) p.396

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