不同雙極板流道組合對直接甲醇燃料電池的性能影響

Abstract

摘要 在現今能源需求越來越多的時代裡，燃料電池的發展確是一項非常重要的能源科技，而其中又以直接甲醇燃料電池（DMFC）以甲醇水溶液和氧氣作為反應物之化學反應為最安全，因其沒有氫氣爆炸的危險，且其陽極反應物體積較小，攜帶方便，非常適合用於個人隨身電子產品，其在未來應用潛力無窮，近年來相關研究蓬勃發展。 本實驗為提升DMFC性能，以四種不同的電池陰極流道形狀，其為蛇形流道（Serpentine Flow Field，SFF）、交叉流道（Interdigitated Flow Field，IFF）、棋盤流道（Grid Flow Field，GFF）、平行流道（Channel Flow Field，CFF），再透過電池兩側反應物濃度變化為操作變數，來觀察DMFC的電壓-電流（I-V）與電功率-電流（I-P）的關係。其中，電池兩側反應物的流量、壓力與溫度在本實驗中為控制變數。 由實驗結果得知，電池陰極端流道形狀變化對DMFC的影響，只有在當電池之陽極甲醇濃度較低（如1M），而陰極氧氣濃度較高（如純氧）時較有顯著的變化，如此時本實驗中的交叉流道(IFF）對電池的性能提升有顯著的效果，電功率密度達到4.068mW/ cm²。但陽極甲醇濃度的改變對陰極交叉流道也有相當的影響，進而間接也影響直接甲醇燃料電池的性能效率。本實驗中，亦透過探討流道孔隙率與流道路徑關係對DMFC的性能影響。由實驗結果得知，流道面積比(流道孔隙率）對DMFC的性能影響較小，而流道的路徑關係對DMFC的性能影響卻較大，如當達到上述實驗條件時，IFF之最大電功率密度值（4.068mW/ cm²）大於GFF之最大電功率密度值（3.06mW/ cm²），但是IFF孔隙率（67％）小於GFF孔隙率（84％）。由此得知，要設計一能有效提升DMFC性能之流道形狀，其首重因素為流道在質子交換膜(MEA）的作用面積下之流道路徑，而不是增加流道面積比(孔隙率）。