4.6 PEMFC 建構方法 4.6.1 簡介.

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1 PEMFC 建構方法 簡介

2 4.6.2 PEMFC的雙極板 雙極板在PEMFC內的作用： 1.收集從一電池陽極到下一個電池陰極所產生的電流。
2.使冷卻流體進入電池堆內。 3.隔開反應氣體及冷卻流體。 因為雙極板兩側會刻燃料的流道，反應氣體是以‘流場’ 的形式分在平板的表面，通常是彎曲的複雜形狀。

3 雙極板製造方法 優點 缺點 Machining of graphite sheet (石墨薄片製造法) 1.製造容易 2.電的良導體 1.難以切割雕刻 2.易碎且具多孔性 3.重量大 Carbon-carbon composites (碳-碳合成法) <PAFC> 製模過程較便宜 1. 需加熱至2500℃以 上處理 2.成品良率不高 Injection moulding of graphite filled polymer (石墨聚合物射出成形) 最經濟的製程 較差的傳導性 Compression moulding (壓縮模製) 1.可加工出高碳比材質 2.傳導性好 無法製出複雜的外型 (冷卻孔道) Metals (金屬材質) 1.優良的傳導性 2.易於切削加工 3.有效的隔離反應物 1.易受腐蝕 2.高密度

4 輕、薄、高導電率及氣體隔離佳。 反應氣體從泡沫金屬的邊緣進入，水穿透泡沫金屬帶走熱。

5 4.6.3 其他形式 由於電池堆有接合和電壓的問題，導致反應氣體及冷卻液洩漏。 雙極板的價格和加工亦是要注意的問題。
其他形式 由於電池堆有接合和電壓的問題，導致反應氣體及冷卻液洩漏。 雙極板的價格和加工亦是要注意的問題。 雙極板的型式也是可再研究發展的。 下列介紹兩種不同的電極構造，和傳統的電極構造有明顯差異，比較其構造與傳統的不同和造成的影響。

6 電壓洩漏減少、自由循環減少反應氣體在電池中、減少潮濕。
不鏽鋼是可能被應用的材料。

7 使用材料：金屬、耐腐蝕、多孔性、強硬、導電性佳和擋水性佳。

8 4.7 操作壓力 外形的問題 簡單馬達裝置、空氣壓縮和PEMFC

9 水經反應產生 利用排出的氣體驅動渦輪壓縮機

10 高操作壓力在單一份量上的成本利益分析

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12 增加壓力在電壓電流圖的影響 在高壓力下操作的淨電壓改變圖。

13 4.7.3 影響壓力選擇的因素 反應物空氣的潤濕，利用蒸發的水。 空氣在150℃時非常容易達到潤濕效果。
影響壓力選擇的因素 反應物空氣的潤濕，利用蒸發的水。 空氣在150℃時非常容易達到潤濕效果。 例如，此系統在高燃料化學計量數下執行，獲得燃燒器熱的輸出、在渦輪機產生很多功率，將改變電流輸入馬達、發電機的單位。

14 4.8 反應物性質 4.8.1 一氧化碳毒化 （甲烷和水蒸氣） （水-氣轉換反應） （值得注意的是CO的量）
反應物性質 一氧化碳毒化 （甲烷和水蒸氣） （水-氣轉換反應） （值得注意的是CO的量） 通常PEMFC的燃料為純氫氣，燃料的產生幾乎伴隨著一氧化碳的產生。

15 4.8.2 甲醇和其他液體燃料 DMFC反應速率很慢，表示在陽極有高的活化過電位，將造成低操作電壓、低效率的結果。
甲醇和其他液體燃料 DMFC反應速率很慢，表示在陽極有高的活化過電位，將造成低操作電壓、低效率的結果。 具備高能量密度與安全性的甲醇燃料，將被應用在低功率處；如手機，甲醇燃料將取代傳統鋰電池。

16 4.8.3 使用純氧 顯著地改善PEMFC的性能。 使用純氧有三種影響： 開回路電壓會上升，由於增加在氧方面的局部壓力。
使用純氧 顯著地改善PEMFC的性能。 使用純氧有三種影響： 開回路電壓會上升，由於增加在氧方面的局部壓力。 活化過電位減少，由於提高觸媒的設置。 極限電流增加，減少質量傳輸或濃度過電位損失。

17 12 W electrical power output
系統實例 Watt 系統 應用於CD音響、收音機、照明設備。 12 W electrical power output 能量分佈

18 KW 系統 能量分佈

19 KW 系統:應用於引擎

20 電極板 雙極板的作用是電流的收集、傳送、氣體的分佈和熱的管理。 雙極板需具備導電性佳、耐腐蝕性佳及需與觸媒層親和力佳等三項特性。

21 各種FC電極板材料與加工法 FC種類 電極板材料 加工法 AFC 金屬 沖壓、滾壓、CNC加工 PEMFC 石墨、金屬 粉末冶金 DMFC
PAFC 石墨 CNC加工 MCFC 鎳；不鏽鋼 粉末冶金；沖壓、滾壓、CNC加工 SOFC 陶瓷

22 材料導熱度 材料 導熱度 Al 238 石墨 334 Cu 400 碳化矽 87 Fe 80 6.6尼龍 0.33 1020鋼 100 聚乙烯 0.25 304不鏽鋼 30 5

23 金屬最常見的腐蝕方式：原子失去電子而離子化。 電化腐蝕最易發生在水溶液媒介中，在水中或濕氣中產生離子。會有孔蝕或鏽蝕的產生。
解決方法：可在電極材料表面電鍍一層保護層。

24 典型電解腐蝕 鐵材料的鏽蝕反應

25 石墨 目前廣泛使用的材質為石墨(Graphite)。石墨雙極板的製程在國內尚未有公開的製程資料，為了尋找最佳化的製作流程，須考量各部分的加工特性與材料的各項參數，因為石墨的延展性低、易脆等主要的因素，導致石墨材料不如金屬材料容易加工，所以在資料的尋找時，必須考量到加工流程中石墨的特性、石墨板的夾治具選擇、加工設備的粉塵保護等。

26 加工法介紹 以金屬板為架構的設計方向是利用滾壓方式、沖壓成型製出有流道行程的薄板。 石墨薄板、陶瓷則有粉末冶金的製程。 CNC加工技術。

27 滾壓方式 流道設計 滾壓桶製作 加工參數設定 滾壓成形 雙極板成品

28 沖壓成型（鍛造） 流道設計 模具製作 加工參數設定 沖壓成形 雙極板成品

29 粉末冶金 流道設計 壓片製作 粉末烘乾 秤重 加壓燒結 混粉 雙極板成品 粉末填入模具

30 CNC加工 流道設計 建立流道幾何形狀之程式庫 模型建構 材料平面加工 加工路徑模擬 雙極板通道加工 加工程式 雙極板成品