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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 馬小康 | |
| dc.contributor.author | Hsiu-Min Cheng | en |
| dc.contributor.author | 鄭秀敏 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-16T23:43:01Z | - |
| dc.date.available | 2017-08-01 | |
| dc.date.copyright | 2012-08-01 | |
| dc.date.issued | 2012 | |
| dc.date.submitted | 2012-07-24 | |
| dc.identifier.citation | 1 衣寶廉, “燃料電池─原理與應用”, 五南圖書出版股份有限公司, 2005.
2 K. Walter, “Science & technology”, Lawrence Livermore National Laboratory, www.llnl.gov/str/Mitlit.html , 1997. 3 J. Larminie, A. Dicks, “Fuel cell systems explained”, Wiley, Second Edition, pp.45-60, 2003. 4 E. Hontanon, M. J. Escudero, “Optimization of flow-field in polymer electrolyte membrane fuel cell using computational fluid dynamics techniques”, Journal of Power Sources, 86, pp.363-368, 2000. 5 J. Larminie, A. Dicks, “Fuel cell systems explained”, Wiley, Second Edition, pp.33, 2003. 6 R. Jiang, D. Chu, “Stack design and performance of polymer electrolyte membrane fuel cell”, Journal of Power Source, 93, pp.25-31, 2001. 7 朱建國、孫小松、李衛, “電子與光電子材料”, 北京國防工業出版社, p47-65. 8 黃詩涵,“壓電式質子交換膜燃料電池研究分析”國立台灣大學機械工程研究所博士論文, 2009. 9 S. Shimpalee, S. Dutta, J. W. Van-Zee, “Numerical prediction of local temperature and current density in a PEM fuel cell”, IMECE, No. 2-6-3-2, 2000. 10 F. Barbir, H. Gorgun, X. Wang, “Relationship between pressure drop and cell resistance as a diagnostic tool for PEM cell fuel”, Journal of Power Sources, 141, pp.96~101, 2005. 11 P. H. Chi, F. B. Weng, “Numerical modeling of proton exchange membrane fuel cell with considering thermal and relative humidity effects on the cell performance”, Journal of Fuel cell Science and Technology, 3, pp.292-302, 2006. 12 E. Hontanon, M. J. Escudero, ”Optimization of flow-field in polymer electrolyte membrane fuel cells using computational fluid dynamics techniques”, Journal of Power Sources, 86, pp. 363-368, 2000. 13 P. W. Li, “The performance of PEM fuel cells fed with oxygen through the free-convection mode”, Journal of Power Sources, 114, pp.63-69, 2003. 14 S. H. Kim, H. Y. Cha, C. M. Miesse, J. H. Jang, Y. S. Oh and S. W. Cha, “Air-breathing miniature planar stack using the flexible printed circuit board as a current collector”, International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp.459-466, 2009. 15 N. Bussayajarn, H. Ming, K. K. Hoong, W. Y. M. Stephen, C. S. Hwa, “Planar air breathing PEMFC with self-humidifying MEA and open cathode geometry design for portable applications”, International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp.7761-7767, 2009. 16 W. Dai, H. Wang, X. Z. Yuan, J. J. Martin, D. Yang, J. Qiao, J. Ma, “A review on water balance in the membrane electrode assembly of proton exchange membrane fuel cell”, International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp.9461-6478, 2009. 17 城立偉, “壓電可變式流道質子交換膜燃料電池之效率分析”, 國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2007. 18 H. K. Ma, S. H. Huang, Y. Z. Kuo, “A novel ribbed cathode polar design in piezoelectric proton exchange membrane fuel cells”, Journal of power sources, 185, pp.1151-1161, 2008. 19 K. S. Yang, I. Y. Chen, K. H. Chien, C. C. Wang, “A numerical study of the nozzle/diffuser micropump”, Journal of Mechanical Engineering Science, 222, pp.523-533, 2008. 20 郭耀宗, “陰極流道對於壓電式質子交換膜燃料電池性能之影響”,國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2009. 21 H. K. Ma, S. H. Huang, J. S. Wang, C. G. Hou, C. C. Yu., B.R. Chen, “Experimental study of a novel piezoelectric proton exchange membrane fuel cell with nozzle and diffuser ”, Journal of Power Sources, 195, pp.1393-1400, 2010. 22 張雅婷, “漸縮/漸擴元件應用於壓電式質子交換膜燃料電池之研究”,國立台灣大學機械工程研究所碩士論文, 2010. 23 H. K. Ma, J. S. Wang, Y. T. Chang, “Development of a novel pseudo bipolar piezoelectric proton exchange membrane fuel cell with nozzle and diffuser”, Journal of Power Sources, 196, pp.3766-3772, 2011. 24 H. K. Ma, J. S. Wang, W. H. Su, W. Y. Cheng, “The performance of a novel pseudo-bipolar bi-cell piezoelectric proton exchange membrane fuel cell with a smaller nozzle and diffuser”, Journal of Power Sources, 196, pp.7564-7571, 2011. 25 V. Gurau, H. Liu, S. Kakac, “Two-Dimensional Model for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”, AICHE Journal, 44, pp.2410-2422, 1998. 26 R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot, “ Transport Phenomena”, John Wiley & Sons, Ltd, http://www.wiley.co.uk , 1960. 27 J. P. Van Doormaal and F. D. Raithby, “Enhancements of the SIMPLE method for tredicting incompressible fluid flows”, Numerical Heat Transfer, 7, pp.147-163, 1984. 28 J. P. Van Doormaal and F. D. Raithby, “Enhancements of the SIMPLE method for tredicting incompressible fluid flows”, Numerical Heat Transfer, 7, pp.147-163, 1984. 29 EG&G Technical Services, Inc.“Fuel Cell Handbook”, 7th edition, 2004 30 R. O’Hayre, S.W. Cha, W. Colella, F. B.Prina, “燃料電池基礎 Fuel Cell Fundamentals”, 全華圖書股份有限公司, 2008. 31 BP Corporation, “BP Statistical Review of World Energy June 2010”, http://www.bp.com, 2011. 32 經濟部能源局-油價資訊管理與分析系統, http://210.69.152.10/oil102/. 33 Earth Policy Institute, http://www.earth-policy.org/indicators/C52. 34 NASA GISS, http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v3/. 35 台灣經濟研究院-台灣燃料電池資訊網, http://www.tfci.org.tw/index.asp. | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/65440 | - |
| dc.description.abstract | 經由過往研究可知，將漸縮/漸擴元件及壓電裝置應用於質子交換膜燃料電池的陰極端，其有助於提升電池性能。本文中，新型壓電式質子交換膜燃料電池堆由三組L-PZT-D型的雙電池所組成，其總反應為24 cm2，漸縮/漸擴元件開口角度為10℃，漸縮/漸擴元件之流道長度為5.63mm，漸縮/漸擴元件喉部寬度為1mm。於性能測試實驗中，操作參數包含了陰極端壓電片振動頻率、操作溫度、陽極端相對溼度、陽極端不同進氣方式及電性串並聯。除此，亦進行壓電式質子交換膜燃料電池堆穩定性及電池堆內一膜電極組性能降低時對整體電池影響之探討。實驗結果顯示，當燃料電池堆操作於壓電片振動頻率為60Hz、操作溫度為50℃、陽極端相對濕度為34.4％、並聯進氣法及電性並聯時，其可獲得最大淨輸出功為3.8627 W，且當燃料電池堆內有一片膜電極組性能降低時，雖會使電池堆性能下降，但其仍可運作，並不會造成電池堆整個停擺。 | zh_TW |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-16T23:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-101-R99522112-1.pdf: 6323837 bytes, checksum: 72edfc828f75dd1e9d13548260edbaa7 (MD5) Previous issue date: 2012 | en |
| dc.description.tableofcontents | 致謝 I
摘要 II Abstract III 章節目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XII 符號表 XIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 燃料電池簡介 2 1.2.1 燃料電池原理與特性 2 1.2.2 燃料電池分類 3 1.2.3 燃料電池反應所需氫氣量與氧氣量 4 1.2.4 燃料電池之極化曲線 5 1.2.5 燃料電池效率分析 6 1.3 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 8 1.3.1 簡介 8 1.3.2 基本結構 9 1.4 燃料電池堆 10 1.5 壓電式質子交換膜燃料電池介紹 11 1.5.1 壓電效應 11 1.5.2 壓電材料 11 1.5.3 微型泵(壓電泵)之分類 12 1.5.4 壓電式質子交換膜燃料電池之雙電池組與電池堆 13 1.6 文獻回顧 14 1.7 研究目的 20 第二章 理論模式建立 21 2.1 數值模擬之基本假設 21 2.2 壓電薄膜理論建立 21 2.3 統御方程式 23 2.3.1 連續方程式 23 2.3.2 動量方程式 24 2.3.3 能量方程式 24 2.3.4 成分守恆方程式 24 2.3.5 電流守恆方程式 26 2.4 數值方法 28 2.4.1 套裝軟體 CFD-RC介紹 28 2.4.2 有限體積法 29 2.5 物理模型 29 2.6 邊界條件與初始條件 29 2.7 收斂標準 30 第三章 實驗儀器與方法 31 3.1 燃料電池測試系統與實驗設備 31 3.1.1 燃料電池測試系統 31 3.1.2 實驗設備 31 3.1.3 膜電極組（MEA） 32 3.1.4 壓電片 33 3.2 電池設計 33 3.3 實驗步驟與方法 34 3.3.1 電池組裝 34 3.3.2 膜電極組活化 35 3.3.3 實驗步驟 35 3.4 操作參數 36 3.4.1 陰極壓電片振動頻率對雙電池性能影響之實驗 37 3.4.2 操作溫度對雙電池性能影響之實驗 37 3.4.3 陽極端相對濕度對雙電池性能影響之實驗 38 3.4.4 陽極端進氣方式對電池堆性能影響之實驗 38 3.4.5 電性串並聯對燃料電池堆性能影響之實驗 38 3.4.6 燃料電池堆穩定性之實驗 39 3.4.7 一片膜電極組功能降低對燃料電池堆性能影響之實驗 39 第四章 結果與討論 40 4.1 陰極壓電振動頻率對雙電池性能之影響 40 4.2 操作溫度對雙電池性能之影響 41 4.3 陽極端相對濕度對雙電池性能之影響 42 4.4 燃料電池堆實驗 43 4.4.1 燃料電池堆陽極端進氣方式之探討 44 4.4.2 燃料電池堆電性串並聯之探討 45 4.3.3 燃料電池堆穩定性之探討 47 4.3.4 燃料電池堆內一片膜電極組性能降低對整體電池堆影響之探討 48 第五章 結論與建議 50 5.1 結論 50 5.2 建議 51 參考文獻 52 圖1-1 全球石油蘊藏量 56 圖1-2 國際原油油價趨勢圖 56 圖1-3 1751-2009年全球二氧化碳排放量 57 圖1-4 1880-2011年全球平均溫度之趨勢圖 57 圖1-5 燃料電池發電示意圖 58 圖1-6 內燃機發電與燃料電池發電之流程圖 58 圖1-7 再生型燃料電池 59 圖1-8 均一化再生型燃料電池 59 圖1-9 燃料電池之極化曲線 60 圖1-10 質子交換膜燃料電池構造圖 60 圖1-11 模電極組 61 圖1-12 常見的陽極流道 61 圖1-13 質子交換膜燃料電池常見的三種堆疊方式 61 圖1-14 電偶極矩 62 圖1-15 正逆壓電效應 62 圖1-16 正逆壓電效應關係圖 63 圖1-17 無閥壓電式漸縮漸擴微型泵 63 圖1-18 無閥壓電式質子交換膜燃料電池作動模式 64 圖1-19 無閥壓電式類雙極板質子交換膜燃料電池雙電池組 64 圖1-20 自然進氣燃料電池堆 65 圖1-21 陰極開口幾何形狀 65 圖1-22 質子交換膜之水傳遞機制 65 圖2-1 空氣流進流出陰極腔體之週期變化圖 66 圖2-2 轉移電流 66 圖2-3 套裝軟體CFD-RC之處理流程圖 67 圖2-4 有限體積法（Finite-volume method） 67 圖2-5 陰極腔體壓電片位移示意圖 67 圖2-6 物理模型 68 圖2-7 邊界條件設定（前視圖與側視圖） 68 圖3-1 燃料電池測試系統(雙電池) 69 圖3-2 燃料電池測試整合機台 69 圖3-3 交流電源供應器（AC power supply） 70 圖3-4 數位式功率表（power meter） 70 圖3-5 量測測試裝置（measurement test fixture） 71 圖3-6 電流分流器（current shunt） 71 圖3-7 ADAM資料擷取裝置 71 圖3-8 雷射位移量測裝置（laser displacement measurement sensor） 72 圖3-9 壓電式質子交換膜燃料電池雙電池爆炸圖 72 圖3-10 陰極流道設計 73 圖3-11 陰極流道方向與壓電片配置關係：L-PZT-D型 73 圖3-12 雙電池並聯示意圖 74 圖3-13 電池堆與框架結合圖 74 圖3-14 電池組裝步驟一與二 75 圖3-15 電池堆實體圖 75 圖3-16 實驗流程圖 76 圖3-17 進氣方式配置圖 (a)並聯進氣法 (b)串聯進氣法 76 圖3-18 電池堆氫氣並聯進氣實驗，左圖為實體圖，右圖為示意圖 77 圖3-19 電池堆氫氣串聯進氣實驗，左圖為實體圖，右圖為示意圖 77 圖3-20 電池堆電性並聯實驗，左圖為實體圖，右圖為示意圖 78 圖3-21 電池堆電性串聯實驗，左圖為實體圖，右圖為示意圖 78 圖4-1 雙電池於不同陰極壓電振動頻率下之電壓-電流密度關係圖 79 圖4-2 雙電池於不同陰極壓電振動頻率下之功率密度-電流密度關係圖 79 圖4-3 雙電池於不同陰極壓電振動頻率下之最大功率曲線圖 80 圖4-4 雙電池於不同操作溫度下之電壓-電流密度關係圖 80 圖4-5 雙電池於不同操作溫度下之功率密度-電流密度關係圖 81 圖4-6 雙電池於不同陽極相對溼度下之電壓-電流密度關係圖 81 圖4-7 雙電池於不同陽極相對溼度下之功率密度-電流密度關係圖 82 圖4-8 六片膜電極組的單片性能測試圖之電壓-電流密度圖 82 圖4-9 電池堆於不同陽極端進氣方式下之電壓-電流密度關係圖 83 圖4-10 電池堆於不同陽極端進氣方式下之功率密度-電流密度關係圖 83 圖4-11 電池堆電性並聯下之電壓-電流密度圖 84 圖4-12 電池堆電性並聯時一號雙電池之電壓-電流密度圖 84 圖4-13 電池堆電性並聯時二號雙電池之電壓-電流密度圖 85 圖4-14 電池堆電性並聯時三號雙電池之電壓-電流密度圖 85 圖4-15 雙電池壓電片動作示意圖 86 圖4-16 同張膜電極組使用二號及三號壓電薄膜之比較圖 86 圖4-17 電池堆電性串聯下之電壓-電流圖 87 圖4-18 電池堆電性串並聯下之功率密度-電流密度關係圖 87 圖4-19 電池堆電性並聯且並聯進氣法之電壓-電流密度-功率密度圖 88 圖4-20 電池堆不同定電壓值之電流-時間圖 88 圖4-21 性能正常膜電極組與損壞膜電極組之比較圖 89 圖4-22 燃料電池堆於膜電極組六片全好及五好一壞之電壓-電流圖 89 圖4-23 電池堆內一片膜電極組性能降低於電性串聯下之電壓-電流圖 90 圖4-24 電池堆內一片膜電極組性能降低於電性串聯下之功率-電流圖 90 圖4-25 電池堆內一片膜電極組性能降低於不同定電流值之電壓-時間圖 91 表1-1 燃料電池分類資料表格 92 表1-2 氫氣燃料電池溫度及理想效率表 93 表1-3 各種堆疊方式的特徵及其優缺點 94 表3-1 各組實驗之操作參數 95 表4-1 飽和水-溫度表 96 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 壓電裝置 | zh_TW |
| dc.subject | 質子交換膜燃料電池 | zh_TW |
| dc.subject | 電池堆 | zh_TW |
| dc.subject | 穩定性 | zh_TW |
| dc.subject | stability | en |
| dc.subject | piezoelectric device | en |
| dc.subject | PEMFC | en |
| dc.subject | stack | en |
| dc.title | 壓電式質子交換膜燃料電池堆之研究 | zh_TW |
| dc.title | Study of Piezoelectric Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack (PZT-Stack) | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 100-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 顏溪成,宋家驥,王富正 | |
| dc.subject.keyword | 壓電裝置,質子交換膜燃料電池,電池堆,穩定性, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | piezoelectric device,PEMFC,stack,stability, | en |
| dc.relation.page | 96 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2012-07-24 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 機械工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 機械工程學系 | |
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