結論

參考文獻

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3 . F. Lufrano, E. Passalacqua, G. Squadrito, A. Patti, L. Giorgi,

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4 . P. M. Wilde, M. Mandle, M. Murata, N. Berg, “ Structural and physical properties of GDL and GDL/BPP combinations and their influence on PEMFC performance ”, Fuel Cells 3 180–184, 2004.

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中央大學機械工程研究所碩士論文，(2003)。

表1 不同GDL之型號、規格

材料性質 GDL10BA GDL10BB GDL10BC

厚度(mm) 0.40 0.42 0.42

單位面積重量(g/m²) 85 125 135

孔隙度(%) 88 84 82

空氣滲透度(cm³/cm² s) 85 3 1.45

電阻值(mΩcm²) <12 <15 <16

表2 參考文獻之薄膜規格和貢獻

Bevers [2] Lufrano

[3] 碳紙 PTFE 10 ~ 60

20、30、31

PTFE 10AA-90~104

µm 10BA-66~114.7

µm 10BB-28~34.2

µm 30AA-82.3~145

µm

Woo-kum [5]

碳紙廠牌 TORAY、

ELAT、

CARBEL- Series 100

規格

CARBEL-

規格

品 規格品 none

Avcarb 厚度 335µm

表2(續)

Prasanna [10]

Benziger [11]

碳紙型號 TGPH-120

與碳布

表3 水珠在鍍覆不同濃度鐵氟龍之GDL上的接觸角角度

No. Wt% *Contact Angles 1 0% 130.0 / 129.3

2 25% 139.1 / 139.0 3 53% 141.3 / 141.2 4 132% 142.8 / 142.9

*兩個值代表水珠兩邊的接觸角角度

表4 不同鍍覆量下，薄膜每一g的孔洞總體積

No. Wt% 孔洞總體積(ml/g)

1 0% 3.8469

2 25% 3.0851

3 53% 2.6173

4 132% 1.4748

表5 在相同鍍覆條件下，不同熱處理溫度之差異 製程

試片

350 度持溫 30 分

450 度持溫 30 分

450 度持溫

持溫2 小時

450 度

持溫4 小時

試片 1 Wt =9.8 % none none Wt =4.63 % 試片 2 Wt =23.2% Wt =29.4 % Wt =23.9 % Wt =19.2 %

試片 3 Wt =58.8% Wt =47.7 % Wt =40.3 % Wt =37.4 %

試片 4 Wt =79.4% Wt =68.6 % Wt =57.8 % Wt =48.4 %

試片 5 Wt =112.8% Wt =94.2 % Wt =71.1 % Wt =67.8 % 試片 6 Wt =203.5% none none none

圖 1 燃料電池基本構造[1]

圖2 Darcy’s law 流通多孔性薄膜之示意圖

圖 3 流體傳輸路徑圖[11]

Q₂，P₂，K’

Q₁，P₁，K₁ 質量 m (g)

時間t (s)

圖 4 理論模型示意圖

圖5 接觸角量測儀

氣體

液體

固體

圖6 接觸角示意圖

圖7 光學顯微鏡

a

b c

d e

g f

h

a 壓力表 e 閥門 b 石英管 f 溫度面板 c 高溫爐 g 恆溫水槽 d 質量控制面板 h 真空幫浦

圖8 熱處理設備

a

e f

g b

h c

d

a 水槽 e 燒杯 b 蠕動幫浦 f 電子天平 c 壓克力管 g 三腳架 d 測試段 h 電腦

圖9 透水系統(一)

圖10 透水系統(一)之測試段

b i f g

a

h j

c e

d

a 針筒式幫浦 f Holder b 壓力計 g 控制閥 c 差壓計 h 燒杯

d SDBS i 訊號擷取器 e 電子天平 j 電腦

圖 11 透水系統(二)

(a)

(b)

圖 12 擴散層經鍍覆之 SEM(a)無鍍覆(b)有鍍覆鐵氟龍(無熱處理)

Teflon Concentration(%)

Teflon Concentration(%)

0 10 20 30 40 50 60 70

(a)

(b)

圖14 薄膜經鍍覆且熱處理之 SEM(a)Wt=0%(b)25%(c)53 %(d)132%

(c)

(d) 圖14 (續)

(a) (b)

(c) (d) 圖15 透光性 Wt=(a)0 %(b)25 %(c)53 % (d)132 %

(a) (b)

(c) (d)

圖16 接觸角 Wt=(a)0 % (b)25 % (c)53 % (d)132 %

r

²

(m

²

)

1e-14 1e-13 1e-12 1e-11

體積比 (% )

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖17 薄膜經鐵氟龍修飾後之小孔孔徑分布

r

²

(m

²

)

1e-10 1e-9 1e-8

體積比 (%)

0 5 10 15 20 25

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖18 薄膜經鐵氟龍修飾後之大孔孔徑分布

Wt %

Wt %

0 20 40 60 80 100 120 140

P

min

(Pa)

1800 2000 2200 2400 2600 2800

r

min

∗ 10

5

(m)

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

Pmin rmin

圖20 在不同鍍覆量下，流體通過薄膜所需之P_min和r_max

t(s)

t(s)

nr

²

∗10

⁷

(m

²

)

0 1 2 3 4 5 6 7

K ∗10

10

(m

4

s / Kg)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖 22 不同鍍覆量，其不同孔徑大小所提供的滲透度

r

²

∗10

⁹

(m

²

)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

k∗ 10

10

(m

2

)

0 1 2 3 4 5

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖 23 不同鍍覆量，k與r²之關係

r

²

(m

²

)

1e-10 1e-9 1e-8

K ∗10

10

(m

4

s/Kg)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖24 不同鍍覆量，各孔洞之K與其r²關係圖

r

⁴

∗10

¹⁸

(m

⁴

)

0 1 2 3 4 5 6

K ∗10

10

(m

4

s/Kg)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Wt=0%

Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖25 不同鍍覆量，K與r⁴之關係圖

r*10

⁵

(m)

1 2 3 4 5 6

n( 個 )

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Wt=0 % Wt=25%

Wt=53%

Wt=132%

圖26 不同鍍覆量，各孔徑之孔洞個數

r

_avg.²

∗10

⁹

(m

²

)

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4

K ∗10

9

(m

4

s/kg)

4 6 8 10 12 14 16

350oC 持溫30分 450oC 持溫4 小時

圖27 不同熱處理製程之K與r²比較

在文檔中 燃料電池之氣體擴散層特性及透水分析 (頁 32-70)