綜合討論

Nafion 薄膜與磺酸化聚苯乙烯薄膜之燃料電池測試結果，與先前實驗室 所進行之測試作比較，其數據分別附於 Table 4-9 以及 Table 4-10。於相同磺 酸化程度中，測試出的結果較先前實驗結果具有差距，雖本次研究改善了氣 體擴散電極塗佈以及白金觸媒分佈不均勻等問題，但本次研究全數以 1cm×

1cm 所製作之 MEA 進行測試，並非如先前之實驗係以 5cm×5cm 所製作之 MEA，推測 MEA 尺寸之大小對電池效能有非常大的影響。

本次研究結果顯示，當溫度提升至 50℃時，磺酸化聚苯乙烯組裝成 MEA 所測試出來的電池效能，確實因為離子液體的混摻而獲得提升。雖然摻入離 子液體之磺酸化聚苯乙烯的最大功率密度相差 Nafion 薄膜 46.1%、其電池電 流密度差距 Nafion 薄膜 34.3%。但將離子液體混摻磺酸化聚苯乙烯（42.13 mol% PSS/EMICF3SO3）與相同磺酸化程度之磺酸化聚苯乙烯（42.13 mol%）

比較，當摻入離子液體（EMICF₃SO3）後，最大功率密度會有 43.7%的提升，

其電池電流密度有 30.9%的增加。將離子液體混摻磺酸化聚苯乙烯（25.20 mol% PSS/EMICF3SO3）與相同磺酸化程度之磺酸化聚苯乙烯（25.20 mol%）

比較，當摻入離子液體（EMICF₃SO3）後，最大功率密度會有 86.5%的提升，

其電池電流密度有 62.6%的增加。

由 Table 4-16 得知，混摻離子液體後的磺酸化聚苯乙烯，與未混摻離子 液體的磺酸化聚苯乙烯比較，最大功率密度會有 3.0%～86.5%的提升，電池 電流密度有 3.9%～89.7%的增加。推測以離子液體混摻於磺酸化聚苯乙烯複

0 20 40 60 80 100 120

Figure 4-24 Performance of a fuel cell using PSS/EMIBF₄ composite membranes.

(a) Polarization curve；

Table 4-15 Performance of fuel cells utilizing MEA based on PSS/EMIBF4

composite membranes in various sulfonation levels

Sulfonation Current Max. Power OCV Level Density Potential Density

（mol%） (mA/cm²) (V) (mW/cm²) (V) 25.20 21.2 0.25 5.3 0.60 25.30 202.0 0.32 66.0 0.33[ 8]

31.99 29.3 0.20 5.9 0.78 36.76 45.6 0.23 10.3 0.62 42.13 70.0 0.18 12.3 0.76

Table 4-16 Performance of fuel cells utilizing MEA based on Nafion, PSS, and PSS/ILs composite membranes

Sulfonation

合薄膜替代 Nafion 薄膜之研究係可行的。若將 MEA 尺寸放大至 5cm×5cm，

其電池效率將有取代 Nafion 薄膜之機會。

本研究所使用之離子液體，係依親疏水性的不同而進行選擇。以磺酸化 程度 42.13 mol%作為比較，電池效能以最大功率密度由大至小依序排列為：

PSS/EMICF3SO3、PSS/EMIpTS、PSS/EMICl、PSS/EMIBF₄、PSS/EMIPF₆， 其中 EMI CF₃SO3以及 EMIPF₆皆屬中等親疏水性，如 Figure 1-4 所示。但排 序卻分別為最前以及最後，顯示離子液體之親疏水性並非決定電池效能的主 要因子。且如 Table 1-3 所示，其電池效能之排列亦與離子液體之熔點無正相 關。

由實驗結果得知，離子液體混摻於磺酸化聚苯乙烯內，其離子液體之親 疏水性以及熔點之差異並不是決定複合薄膜效能之決定因子，但總觀實驗結 果，顯示離子液體混摻於磺酸化聚苯乙烯後，的確會使質子導電度增加，進 而提升燃料電池之效能。