鋅空氣燃料電池空氣及電解液管理之研究 簡上揚、黃國修
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摘 要
本論文將鋅空氣燃料電池空氣與電解液的入口速度作為研究重點，探討入口流體對電池局部特性的影響，並利用軟 體CFDRC模擬三維鋅空氣燃料電池氣體傳輸及電池性能。研究中以有限體積積分法（Finite Volume Method）求解統御方 程式，針對不同空氣與電解液的入口速度對電池的局部電流密度、氣體傳輸、水氣分佈等做一詳細探討，藉此可知電池內 部細部情況，此將有助於電池空氣與電解液管理，提升電池性能。 陰極空氣入口速度對電池性能而言，研究結果發現，電 池性能會隨空氣流速提高而提高，但在研究中發現速度1m/s與2m/s電池性能差距並不大，且從整體效能來看，繼續提高 速度對電池性能效益很低且是負擔，所以設計時需多加考慮配置。接下來研發重點是探討電解液流速對電池性能影響，在 高電流密度時，電解液入口速度越高，水氾濫的情形越嚴重，導致電池性能越低。而本論文探討最後一個重點，是操作電 壓對電池的影響，結果發現操作電壓越低，對氧氣需求越高。總結本論文的研究結果可得知，在高操作電壓（低電流密度
）時，陰極空氣與電解液流速的影響可以忽略，特別是操作電壓超過1V；可是相對要是低於1V值時，陰極空氣與電解液 流速的影響就需特別注意。
關鍵詞 : 鋅空氣燃料電池，空氣管理，電解液管理 ; 電解液 ; 方程式 ; 積分法 ; 電池 ; 空氣 目錄
封面內頁 簽名頁 授權書 iii 中文摘要 v 英文摘要 vi 誌謝 vii 目錄 viii 圖目錄 ix 表目錄 xii 符號說明 xiii 第一章 問題描述 1 1.1 緣起 1 1.2 本文目標 4 第二章 國內外有關本問題之研究情況 7 2.1 空氣流的管理與控制 7 2.2 電解液的管理與控制 15 2.3 電 池環境參數 24 第三章 研究方法與進行步驟 31 3.1 鋅空氣燃料電池分析 31 3.2 鋅空氣燃料電池研究架構 33 3.2.1 空氣流的 管理及控制 33 3.2.2 電解液的管理及控制 34 3.3 數學模型 36 3.3.1 Solid Model的建立 36 3.3.2 數值分析 44 3.4 格點驗證 51 3.5 邊界條件設定 52 第四章 結果與討論 54 4.1空氣流的管理及控制 54 4.1.1空氣流道入口速度 55 4.1.2電池操作電壓影響 57 4.2電解液的管理及控制 67 4.2.1電解液流道入口速度 67 4.2.2電池操作電壓影響 68 第五章 結論與未來工作 79 參考文獻 81 參考文獻
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