塑膠雙極板組成 PEMFC 燃料電池堆之研究 = A study of using plastic bipolar plates in assembling fuel cell stacks
田宇伸、鄭錕燦
E-mail: 9901176@mail.dyu.edu.tw
摘 要
現今質子交換膜燃料電池(PEMFC)的雙極板，主要係以石墨板為材料，利用銑床加工而成，導致雙極板的成本占有燃料電 池生產成本中很大的比重，且雙極板重量亦占燃料電池重量的百分之八十以上。雖然多年來燃料電池界極力研發新的雙極 板技術，但是尚未有良好的解決方案出現。 塑膠材料不具有導電性而且導熱性也不佳，但是具有加工容易、價格低廉的優 勢。本計畫提出一個塑膠雙極板的創新構想：以塑膠射出或熱壓成型的方法製成雙極板本體，再於其表面嵌入金屬條所做 成的『電流收集器』，由該電流收集器結合擴散層共同傳導電流。當其使用於電流密度較低的空氣呼吸式（Air-breathing
）PEMFC時，導電問題應可克服；空氣呼吸式PEMFC，其陰極流道中有大流量的空氣，可提供良好的散熱效果，故塑膠 材料導熱率低的問題亦可迎刃而解。本研究主要係以實作方式完成塑膠雙極板，並組裝成燃料電池堆進行性能測試，藉此 探討此一塑膠雙極板應用於空氣呼吸式PEMFC之可行性。
關鍵詞 : 電池堆 ; 質子交換膜 ; 雙極板
目錄
封面內頁 簽名頁 授權書 iii 中文摘要 iv ABSTRACT v 誌謝 vi 目錄 vii 圖目錄 x 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2燃料電池的簡介 2 1.2.1燃料電池發電原理 2 1.2.2燃料電池之種類與特性 3 1.2.3燃料電池名詞介紹 6 1.3質子交換模燃料電池之分析 8 1.4文獻 回顧 10 1.5研究動機與目的 13 第二章 研究方法 14 2.1塑膠雙極板燃料電池堆元件之設計 14 2.1.1塑膠纖維板 14 2.1.2膜電極 組 15 2.1.3電流收集器 16 2.1.4端板 16 2.1.5不銹鋼氣體密封墊片 17 2.2石墨雙極板燃料電池堆元件之設計 17 2.2.1石墨雙極 板 17 2.2.2導電銅板 18 2.2.3端板 18 2.2.4不鏽鋼密封墊片與MEA 18 2.3燃料電池堆組裝 19 2.3.1塑膠雙極板組裝 19 2.3.2石 墨雙極板組裝 20 2.4電池堆基本測試 20 2.4.1接觸電阻之量測 20 2.4.2短路測試 21 2.4.3漏氣測試 21 2.4.4性能測試 22 2.5實 驗設備與測試步驟 23 2.5.1實驗機台設備 23 2.5.2實驗步驟 25 第三章 結果與討論 28 3.1燃料電池堆的組裝分析 28 3.2燃料電 池堆的性能比較與檢查 29 3.2.1塑膠與石墨電池堆之性能比較 29 3.2.2塑膠雙極板電池堆之檢測 31 第四章 結論與建議 32 參 考文獻 34 附錄 37
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