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研究生: 連城廣
Chen-Kuang Lien
論文名稱: 運用尺度效應與材料表面特性之改質提昇奈微米管電動力電池之效能
Efficiency Enhancement for Electrokinetic Battery by Scale Effect and Surface Modification in Nano and Microchannel
指導教授: 曾繁根
Fan-Gang Tseng
錢景常
Ching-Chang Chieng
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 電雙層電動力學流動電位
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  • 本研究利用微機電製程開發具有微流道之元件,以液壓驅動流體方式,將機械能轉換成電能。轉換電能所應用之原理為電雙層(electrical double layer)理論以及電動力學(electrokinetics)中的流動電位(streaming potential)原理。由理論推導,以參數ρe體積電荷密度(volume charge density)和Rstr流動電阻率(streaming resistance)來進行理論與實驗的分析,可以直觀有效地判斷電池效能轉換的變化。從理論與實驗結果發現,藉由尺度效應對電雙層的影響,隨著流道高度下降配合適當離子濃度能達到電池效率的提昇,當流道高度下降至600nm,KCl濃度為10-5M時,最高效率可達0.6%。此外,在奈米流道(550∼600nm)尺寸下,依據表面修飾FOTS和HMDS以及增加pH值的實驗結果,表面電阻受表面電荷的影響較不敏感,但可以確實的影響ρe體積電荷密度的增加或下降,產生效率轉換的變化,使用KOH提高pH至9.5時,能將同濃度KCl的能量轉換效率提昇2.4倍達0.96%。


    摘要 I 目錄 II 圖目錄 III 第一章 緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機 2 第二章 文獻回顧 3 2-1表面電荷密度與流道尺寸對電池效率之影響 3 2-1.1 Lu, Ming-Chang等人之研究2 3 2-1.2 van der Heyden, F. H. J.等人之研究3 6 2-2流動電流之理論分析4 8 2-3流道表面導電度影響 10 2-3.1 Chun, M.S.等人之研究5,6 10 2-3.2 van der Heyden, F. H. J.等人之研究3,7 16 2-4 Poisson-Nernst-Planck方程式8 20 第三章 元件設計原理 22 3-1電雙層(electrical double layer, EDL)原理9,10,11 22 3-2電動力現象(electrokinetic phenomena) 27 3-3設計原理 31 第四章 元件設計與實驗架構 33 4-1 第一代元件設計 33 4-2 第二代元件設計 35 4-3 第三代元件設計 36 4-4 第四代元件設計 39 4-5 流道表面改質方法 41 4-6 實驗系統架構 43 第五章 實驗結果與討論 47 第六章 結論與未來展望 64 第七章 參考文獻 65

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