目錄 中文摘要....................................................................................................................I Abstracts...................................................................................................................II 誌謝.........................................................................................................................III 目錄..........................................................................................................................V 圖目錄..................................................................................................................VIII 表目錄..................................................................................................................XIII 第一章 緒論..........................................................................................................1 1.1 前言........................................................................................................1 1.2 質子交換膜電池堆主要元件分析........................................................2 1.2.1質子交換膜...................................................................................2 1.2.2觸媒層...........................................................................................3 1.2.3氣體擴散層...................................................................................4 1.2.4流道板(雙極板)............................................................................5 1.2.5氣密墊片.......................................................................................5 1.3 質子交換膜燃料電池發電原理與極化現象........................................6 1.4 研究動機與方向....................................................................................8 第二章 文獻回顧...................................................................................................10 2.1 電池堆..................................................................................................10 2.2 水熱管理..............................................................................................12 2.3 交流阻抗分析......................................................................................15 2.4金屬發泡材...........................................................................................17 第三章 實驗裝置與方法.......................................................................................22 3.1 PEMFC電池堆設計..............................................................................22 3.2 燃料電池測試平台..............................................................................23 3.3 交流阻抗分析......................................................................................24 3.4實驗製程與步驟...................................................................................25 3.4.1 疏水微孔層實驗步驟與方法...................................................25 3.4.2 金屬發泡材疏水處理...............................................................26 3.4.3 實驗所需藥品與材料...............................................................27 3.5 實驗流程..............................................................................................28 3.5.1 電池測漏....................................................................................28 3.5.2活化程序.....................................................................................29 3.5.3實驗設定.....................................................................................29 第四章 結果與討論...............................................................................................39 4.1流量對電池堆性能之影響...................................................................39 4.1.1空氣流量.....................................................................................39 4.1.2氧氣流量.....................................................................................40 4.2溫度對反應氣體與加濕程度電池性能之影響..................................48 4.2.1陰極和陽極雙邊加濕................................................................48 4.2.1.1氧化劑為空氣..........................................................................48 4.2.1.2氧化劑使用氧氣......................................................................50 4.2.2陽極單邊加濕.............................................................................51 4.3電池堆之長效測試...............................................................................71 4.4電池堆之交流阻抗分析.......................................................................76 第五章 結果與未來方向建議...............................................................................82 5.1結論.......................................................................................................82 5.2未來方向...............................................................................................83 附錄一.....................................................................................................................85 附錄二.....................................................................................................................90 參考文獻：.............................................................................................................93 圖目錄 圖2.1 (A)具氣體擴散層之電極示意圖與其(B)等效電路示意圖 [17]20 圖2.2 (a)觸媒層之結構示意圖與其 (b)等效電路模擬圖 [18].....21 圖3.1 金屬發泡材...........................................30 圖3.2 電池堆組裝爆炸圖.....................................30 圖3.3 電池堆組裝爆炸圖 (有鰭片)............................31 圖3.4 燃料電池測試系統示意圖...............................31 圖3.5 氣體鋼瓶與管路.......................................32 圖3.6 溫控器與液氣分離瓶...................................32 圖3.7 電源供應器與電子負載.................................33 圖3.8 等效電路圖1.........................................33 圖3.9 等效電路圖2.........................................33 圖3.10 恆電位儀測試機台....................................34 圖4.1 雙電池（5621）電堆，氧化劑為空氣，電池溫度40℃，在不同的初始流量下，電池性能的比較....................................42 圖4.2 雙電池（5710）電堆，氧化劑為空氣，電池溫度40℃，在不同的初始流量下，電池性能的比較....................................42 圖4.3 八顆電池（5710）電堆，氧化劑為空氣，在不同的初始流量下，電池性能的比較...............................................43 圖4.4 雙電池（5621）電堆，氧化劑為氧氣，電池溫度40℃，在不同的初始流量下，電池性能的比較....................................43 圖4.5 雙電池（5710）電堆，氧化劑為氧氣，電池溫度40℃，在不同的初始流量下，電池性能的比較....................................44 圖4.6 八顆電池（5710）電堆，氧化劑為氧氣，在不同的初始流量，電池性能的比較.................................................44 圖4.7 單電池（5621）氧化劑為空氣，氫氣流量200c.c./min與空氣流量600c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同的加濕溫度下，電池性能比較............53 圖4.8 單電池（5710）氧化劑為空氣，氫氣流量200c.c./min與空氣流量600c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同的加濕溫度下，電池性能比較............54 圖4.9 雙電池（5621），氧化劑為空氣，氫氣流量500c.c./min與空氣流量3000c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同的加濕溫度下，電池性能比較.........55 圖4.10 雙電池（5710）氧化劑為空氣，氫氣流量500c.c./min與空氣流量3000c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同的加濕溫度下，電池性能比較............56 圖4.11 八顆電池（5710）氧化劑為空氣，氫氣流量1200c.c./min與空氣 流量6000c.c./min，在不同的加濕溫度下，電池性能比較.........57 圖4.12 單電池（5621）氧化劑為氧氣，氫氣流量200c.c./min與氧氣流量200c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同的加濕溫度下，電池性能比較............58 圖4.13 單電池（5710）氧化劑為氧氣，氫氣流量200c.c./min與氧氣流量200c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，在不同加濕溫度下，電池性能比較..............59 圖4.14 雙電池（5621），氧化劑為氧氣，氫氣流量500c.c./min與氧氣流量500c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，不同的加濕溫度下，電池性能比較...........60 圖4.15 雙電池（5710）氧化劑為氧氣，氫氣流量500c.c./min與氧氣流量500c.c./min(A)電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能比較；(B)電池溫度的提高，不同的加濕溫度下，電池性能比較..............61 圖4.16 八顆電池（5710）氧化劑為氧氣，氫氣流量1200c.c./min與氧氣流量1200c.c./min，在不同的加濕溫度下，電池性能比較.........62 圖4.17 雙電池（5621）電堆，氧化劑為空氣，電池溫度40℃，在不同的陽極氣體加濕溫度下，電池性能比較............................63 圖4.18 雙電池（5710）電堆，氧化劑為空氣，在不同的陽極氣體加濕溫度下，電池性能的比較.........................................63 圖4.19 雙電池（5621）電堆，氧化劑為氧氣，電池溫度40℃，在不同的陽極氣體加濕溫度下，電池性能比較............................64 圖4.20 雙電池（5710）電堆，氧化劑為氧氣，電池溫度40℃，電池溫度40℃，在不同的加濕溫度下，電池性能的比較....................64 圖4.21 雙電池(5710)電堆，氧化劑為氧氣，電池溫度為40℃，加濕溫度為室溫加濕，負載40安培，定電流模式.........................74 圖4.22 八顆電池(5710)電堆，氧化劑為氧氣，加濕溫度為室溫加濕，負載20安培，定電流模式.........................................74 圖4.23 八顆電池(5710)電堆，氧化劑為氧氣，加濕溫度為室溫加濕，負載20安培，為80個小時的擷取圖................................75 圖4.24 單電池（5710）氧化劑為空氣，在電池溫度40℃，9A下的阻抗值...........................................................78 圖4.25 金屬發泡材電池之等效電路圖..........................78 圖4.26 單電池（5621）氧化劑為氧氣，在電池溫度40℃，分別在1A、30A、60A下的阻抗值..............................................79 圖4.27 單電池（5710）氧化劑為氧氣，在電池溫度40℃，分別在1A、30A、60A下的阻抗值..............................................79 圖4.28 單電池（5621）氧化劑為空氣，在電池溫度40℃，分別在1A、9A、15A下的阻抗值..............................................80 圖4.29 單電池（5710）氧化劑為空氣，在電池溫度40℃，分別在1A、9A、18A下的阻抗值..............................................80 圖4.30 雙電池（5710）電堆，氧化劑為氧氣，在電池溫度40℃，分別在1A、21A、51A下的阻抗值.....................................81 圖4.31 八顆電池（5710）電堆，氧化劑為氧氣，在電池溫度40℃，分別在1A、21A、45A下的阻抗值...................................81