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研究生: 方逸騏
Fang, I-Chi
論文名稱: 被動式微型直接甲醇燃料電池陽極進料反應板之研製
Design and Fabrication of Fuel-Self-propelled Anode Plate for Passive Micro Direct Methanol Fuel Cells
指導教授: 曾繁根
Tseng, Fan-Gang
口試委員: 饒達仁
Yao, Da-Jeng
薛康琳
Hsueh, Kan-Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 被動式微型直接甲醇燃料電池陽極進料反應板抗回衝微流道交錯排列V型結構Nozzle-Diffuser奈微米反應孔洞陣列
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  • 在微型化的燃料電池中,直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)使用甲醇燃料,有高能量密度、體積小、安全性佳等優點,與使用氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)做比較,其燃料儲存較容易、室溫下即可操作且運作系統精簡。未來在攜帶式3C產品上的應用有著無限潛力,因此目前已經許多研究投入直接甲醇燃料電池的領域。
    本論文主要目的為針對被動式微型直接甲醇燃料電池,設計一不需要消耗電力即可驅動流體流動的微流體裝置,並藉由改善陽極板流道的設計,提高陽極之燃料與觸媒反應效率,以及快速移除反應後產生之氣泡來改善被動式微型DMFC效能較低的問題。實驗利用微機電製程於矽基材上製造出具有多層結構的被動式陽極進料反應板,並進行流體及電化學測試來比較各種設計的差異性。目前實驗結果顯示,利用微機電技術可成功製作出此擁有多種結構的被動式陽極進料反應板,並且本研究所設計的交錯排列V型結構流道可比一般常見矩形結構流道提升2倍的流佈速度。而在陽極反應效能上,藉由製造出具有高表面積的奈微米反應孔洞,經由電化學半電池測試,結果顯示可比同樣投影面積下的一般平面電極增加3.5倍的效能。
    目前研究已將此被動式陽極進料反應板的基本功能作測試,未來將繼續進行整個被動式陽極進料反應板運作上的測試,最後實際運用於本實驗室微型直接甲醇燃料電池全電池組裝研究。


    目 錄 頁次 摘要 I 致謝 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 X 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 燃料電池的發展 2 1-3 直接甲醇燃料電池 4 1-4直接甲醇燃料電池工作原理 6 1-5直接甲醇燃料電池流道板 8 1-6甲醇燃料電池的問題 11 1-7研究目標與動機 13 第二章 文獻回顧 17 2-1 流道板設計相關文獻 14 2-2 CNTs應用於燃料電池相關文獻 18 第三章 設計原理與理論分析 23 3.1被動式陽極進料反應板工作原理 23 3-2 液體注入 25 3-3毛細壓差與抗回衝原理 27 3-4反應區液體致動機制-漸縮漸擴微流 30 3.5奈微米反應孔洞 32 第四章 實驗設計與製程規劃 33 4-1被動式陽極進料反應板實驗設計 33 4-1.1被動式陽極進料反應板肋骨結構設計 34 4-2製程規劃 35 4-2.1光罩設計 36 4-2.2製程流程 37 4-3 碳管成長 42 4-4 開放式還原系統沉積觸媒 43 4-5 實驗拍攝裝置 45 4-6 電化學量測系統 47 第五章 實驗結果與討論 50 5-1 製程結果與討論 50 5-2 成長奈米碳管於反應孔洞側壁 56 5-3 開放式還原系統沉積觸媒結果 59 5-4 液體佈滿整個反應區拍攝結果與討論 55 5-4.1 V型結構設計支流況分析 60 5-4.2 三角形結構設計支流況分析 64 5-4.3 矩形結構設計之流況分析 68 5-4.4 液體佈滿整個反應區影響因素討論 72 5-4.5 液體佈滿整個反應區時間結果比較 74 5-4.6 液體佈滿整個反應區均勻性結果比較 75 5-4.7 反應孔洞對流佈的影響 76 5-4.8 液體帶進反應孔洞的測試結果分析 77 5-5 反應區電化學(CV)測試結果 78 第六章 結論與未來工作 81 6-1結論 81 6-2未來工作 82 參考文獻 83

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