可攜式燃料電池內部被動排水裝置之研究

A Passive Water Removal Device in Portable Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

劉耀軒(Yao-Hsuan Liu)

指導教授 ： 潘國隆

國立臺灣大學/工學院/機械工程學研究所/碩士(2018年)

https://doi.org/10.6342/NTU201802997

摘要

在燃料電池的發展過程中，於流道內的積水現象一直是影響性能的主要因素，液態水的生成量以及生成位置，都直接影響著電池的效能，而過量的積水，會阻礙空氣的擴散，使反應面積減少，造成燃料電池效能的降低，為了改善以上狀況，前人研究不外乎以主動式及額外耗能的設計來將積水排除，都增加了電池的成本。
本次研究，將過去實驗室開發之蛇型微流道被動式排水裝置，應用於氫氧燃料電池，研究加裝排水裝置後對於燃料電池的改善效率，並透過可透視化端版觀測其流態變化，實際了解是否可以改善積水的問題，最後將其設計真正應用在市售燃料電池上，計算其增加的效益。此外，為了使實驗能夠準確反映真實情況，本研究不對燃料電池與反應氣體加溫、加濕，去除加溫的耗能及簡化設備。
實驗中，透過效能低的可視化燃料電池，流態會隨著加裝排水裝置以及加裝排水裝置與添加界面活性劑後，流道內積水變化由塊狀流經薄液流到達液滴流，明顯改善流道內部的積水情形，且初步測得效能確實有明顯提高。而後將本研究排水裝置加裝於效能高的市售電池，測得雙極流量在低流量50 SCCM及100 SCCM時，皆能改善市售電池效能輸出不穩定的現象，成為可使用的輸入流量，使本研究更進一步貼近可攜式的概念，且在150 SCCM單電池可以得到1100%的效能增益值。

關鍵字

質子交換膜燃料電池 ； 排水裝置 ； 水淹 ； 可視化端版 ； 界面活性劑

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transparent PEMFC ； water removal device ； flooding ； surfactant

參考文獻

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