微型甲醇燃料電池之表面奈米化陽極電催化測試與微氣泡觀測研究

Electrocatalytic Test of Nano-Surface Anode and Observation of Micro Bubbles for Micro DMFC

王壽愷(Shou-Kai Wang)

指導教授 ： 曾繁根 ； 錢景常

國立清華大學/工學院/微機電工程研究所/碩士(2006年)

摘要

本研究主要著重在μ-DMFC陽極之電催化測試分析和利用O2微氣泡模擬CO2氣泡在電極表面上成長機制的觀測分析。電催化測試方面，我們利用濃H2O2浸泡的方式來對Pt薄膜做活化/親水化的動作，此舉有助於反應電流的提升，然而隨著時間，活化/親水化程度會恢復成初始狀態且反應電流值也會有相互對應之變化。對於Pt film/CNTs電極而言，因為CNTs結構所引入的大反應表面積，以及高效率的氣泡移除能力，其所呈現出的催化電流值約是Pt film/Si電極的六倍、Pt film/Carbon Cloth電極的兩倍，然而高催化效率所帶來的劇烈觸媒毒化效應會是項負面因素。在Pt催化甲醇的機制上，主要掌控於甲醇分子和氧化之中間產物的擴散、觸媒的毒化和CO2氣泡在電極表面的脫附等因素，對催化活性和效率有一定程度的影響。在微氣泡的觀測分析方面，我們發現Pt film/CNTs由於其奈米結構引入之表面張力較小且提供之反應表面積大，因此氣泡的成長速度快、生命週期短且脫離尺寸小；Pt film/Quartz在活化/親水化處理前後會展現極為不同的氣泡脫離行為，處理前氣泡會相互團聚且難以脫離，而在處理後會氣泡生長速度會增加、生命週期大大縮短且團聚現象減少，不過因為平坦表面所引入的表面張力較大且反應表面積小，因此會導致氣泡的脫離尺寸較大、生命週期較長、成長速率較慢。綜觀微氣泡觀測和電催化測試結果均指向CNTs基材具有優異的氣泡脫離能力、大表面積和高反應效能，當作DMFC電極之觸媒載體非常具有潛力和前景。

關鍵字

直接甲醇燃料電池 ； 電催化測試 ； 奈米碳管 ； 微氣泡觀測 ； 循環伏安法 ； 微機電系統

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Direct methanol fuel cell ； Electrocatalytic test ； Carbon nanotubes ； Microbubble observation ； Cyclic voltammetry ； Microelectromechanical system

參考文獻

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