本論文主要目標發展出雙面式直接甲醇燃料電池模組，在各邊放置兩個電池。研究首要階段為放置兩個電池的單面式直接甲醇燃料電池模組陽極流道板與陰極端板設計與製作，單面式直接甲醇燃料電池模組是由防水墊片、膜電極組、陽極流道板與陰極流道板所組成，組裝過程當中電池漏水問題藉由改變所構成的幾何形狀、螺絲扭力與不同的防水墊片材質作為研究與解決。在這之後，設計概念更進一步適用於雙面式直接甲醇燃料電池模組，在各邊放置兩個電池，每顆電池與所有模組效能作量測與對照，微型泵設計並嵌入直接甲醇燃料電池模組，每顆電池與所有模組效能以外部蠕動泵或嵌入的微型泵液體燃料作驅動作量測與對照。

The main objective of this thesis is to develop a double-sided direct methanol fuel cell (DMFC) module with two cells at each side. The first stage of the research is to make the design and fabrication on the anode flow board and cathode side plate of the single side DMFC module with two cells. The single side DMFC module is assembled by the gaskets, MEAs, anode flow board, and cathode plate. The problem of the fuel leakage during the assembly process is investigated and resolved by changing the component geometries, screw torque, and different gasket materials, After that, the design concept is further applied to make the design and fabrication on a double sided DMFC module with two cells at each side. The performance of each cell and overall DMFC module are measured and compared. A small liquid pump is designed to and embedded into the DMFC modules. The performance of each cell and overall DMFC module which the liquid fuel is driven by an external squirm pump or a embedded liquid pump are measure and compared.

目錄
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	XI
第一章  緒論	1
1.1 前言	1
1.2 問題探討	2
1.3 研究目的與架構	4
第二章 背景與文獻回顧	6
2.1 燃料電池基本原理	6
2.1.1燃料電池之種類	6
2.1.2燃料電池之工作原理	10
2.2 直接甲醇燃料電池構造	11
2.3 可攜式燃料電池發展	12
第三章 單面式DMFC設計製作與效能探討	16
3.1 陽極流道板與陰極端板	16
3.2 設計與製作過程	17
3.3 單面式DMFC之漏水探討	32
3.3.1 漏水問題	32
3.3.2 漏水解決方式	32
3.4 實驗平台架設與方法	34
3.4.1 單電池實驗平台架設	34
3.4.2 單面式整體模組實驗量測與方法	35
3.5 實驗結果	37
第四章 雙面式DMFC設計製作與效能探討	47
4.1 設計與製作過程	47
4.2 雙面式DMFC之漏水測試	59
4.2.1 漏水問題	59
4.2.2 漏水解決方法	60
4.3 固定夾具製作	61
4.4 實驗平台架設	63
4.5 實驗結果	64
第五章 結論與未來展望	72
5.1 結論	72
5.2 未來展望	75
參考文獻	76


圖目錄
圖1.1 電池模組問題探討	4
圖1.2 單面式及雙面式電池模組設計之實驗架構	5
圖2.1 燃料電池基本原理示意圖	10
圖2.2 直接甲醇燃料電池構造	11
圖2.3 平面電池堆使用的三種流道設計	14
圖3.1 陽極流道板型式A橫向蛇型B直向蛇型	16
圖3.2 陰極端板型式A漸層式B多孔洞型式	17
圖3.3 單面式模組分解實體圖	19
圖3.4 單面式模組分解示意圖	19
圖3.5 單面式模組組裝實體圖	20
圖3.6 單面式模組組裝示意圖	20
圖3.7 單面式模組組裝正面實體圖	20
圖3.8 單面式模組組裝正面示意圖	21
圖3.9 單面式模組組裝反面實體圖	21
圖3.10 單面式模組組裝反面示意圖	21
圖3.12單面式模組單向流道流動說明	22
圖3.13單面式單向流道用於蠕動泵正面實體圖	22
圖3.14 單面式單向流道用於蠕動泵正面CAD圖	23
圖3.15 單面式單向流道用於蠕動泵反面實體圖	23
圖3.16 單面式單向流道用於蠕動泵反面CAD圖	23
圖3.17 單面式單向流道用於微型泵正面實體圖	24
圖3.18 單面式單向流道用於微型泵正面CAD圖	24
圖3.19 單面式單向流道用於微型泵反面實體圖	24
圖3.20 單面式單向流道用於微型泵反面CAD圖	25
圖3.21 單面式雙向流道用於蠕動泵正面實體圖	25
圖3.22 單面式雙向流道用於蠕動泵正面CAD圖	25
圖3.23 單面式雙向流道用於蠕動泵反面實體圖	26
圖3.24 單面式雙向流道用於蠕動泵反面CAD圖	26
圖3.25 單面式雙向流道用於微型泵正面實體圖	26
圖3.26 單面式雙向流道用於微型泵正面CAD圖	27
圖3.27 單面式雙向流道用於微型泵反面實體圖	27
圖3.28 單面式雙向流道用於微型泵反面CAD圖	27
圖3.29 單面式之防水墊片實體圖	28
圖3.30 單面式之防水墊片CAD圖	28
圖3.31 單面式之集電片實體圖及尺寸圖	28
圖3.32 單面式整體模組之多孔洞漸層實體圖	29
圖3.33 單面式整體模組之多孔洞漸層CAD圖	29
圖3.34 陰極板漸層式與多孔洞型式立體圖	29
圖3.35 單面式整體模組漸層式側視圖	30
圖3.36 雙面式整體模組漸層式側視圖	30
圖3.37 CNC雕刻機	31
圖3.38 使用的蠕動泵及微型泵	31
圖3.39 甲醇於雙面式模組上方漏水實際情形及示意圖	33
圖3.40 防水墊片與集電片組合示意圖	33
圖3.41 單電池量測架構	34
圖3.42 實驗硬體設備	35
圖3.43 筆直式燃料槽	36
圖3.44 單面式整體模組實驗架構	36
圖3.45 單電池MEA1~4於流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	39
圖3.46 單電池MEA1~4於流量8CC MIN 效能I-V及I-P曲線	39
圖3.47 單面式單向蛇型於蠕動泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	40
圖3.48 單面式單向蛇型於蠕動泵流量8CC MIN 效能I-V及I-P曲線	41
圖3.49 單面式單向蛇型於微型泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	41
圖3.50 單面式雙向蛇型於蠕動泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	43
圖3.51 單面式雙向蛇型於蠕動泵流量8CC MIN 效能I-V及I-P曲線	44
圖3.52 單面式雙向蛇型於微型泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	44
圖4.1 雙面式分解實體圖	48
圖4.2 雙面式分解示意圖	48
圖4.3 雙面式模組組裝實體圖	49
圖4.4 雙面式模組組裝示意圖	49
圖4.5 雙面式模組組裝正面實體圖	49
圖4.6 雙面式模組組裝正面示意圖	50
圖4.7 雙面式模組組裝反面實體圖	50
圖4.8 雙面式模組組裝反面示意圖	50
圖4.9 雙面式模組單向流道流動示意圖	51
圖4.10 雙面式模組雙向流道流動示意圖	51
圖4.11 雙面式單向流道用於蠕動泵正面實體圖	52
圖4.12 雙面式單向流道用於蠕動泵正面CAD圖	52
圖4.13 雙面式單向流道用於蠕動泵反面實體圖	52
圖4.14 雙面式單向流道用於蠕動泵反面CAD圖	53
圖4.15 雙面式單向流道用於微型泵正面實體圖	53
圖4.16 雙面式單向流道用於微型泵正面CAD圖	53
圖4.17 雙面式單向流道用於微型泵反面實體圖	54
圖4.18 雙面式單向流道用於微型泵反面CAD圖	54
圖4.19 雙面式雙向流道用於蠕動泵正面實體圖	54
圖4.20 雙面式雙向流道用於蠕動泵正面CAD圖	55
圖4.21 雙面式雙向流道用於蠕動泵反面實體圖	55
圖4.22 雙面式雙向流道用於蠕動泵反面CAD圖	55
圖4.23 雙面式雙向流道用於微型泵正面實體圖	56
圖4.24 雙面式雙向流道用於微型泵正面CAD圖	56
圖4.25 雙面式雙向流道用於微型泵反面實體圖	56
圖4.26 雙面式雙向流道用於微型泵反面CAD圖	57
圖4.27 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔正面實體圖	57
圖4.28 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔正面CAD圖	57
圖4.29 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔反面實體圖	58
圖4.30 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔反面CAD圖	58
圖4.31 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔反面加挖槽實體圖	58
圖4.32 單面式整體模組之多孔洞漸層擴孔反面加挖槽CAD圖	58
圖4.33 雙面式電池模組漏水測試情況 A正面觀察 B背面觀察	59
圖4.34 雙面式整體模組漏水發生位置對照	61
圖4.35 一字型不鏽鋼材質肋條實體	62
圖4.36 一字型肋條CAD圖	62
圖4.37 H型不鏽鋼材質肋條實體	62
圖4.38 H型肋條CAD圖	62
圖4.39 雙面式電池模組實驗架構	63
圖4.40 雙面式單向蛇型於蠕動泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	65
圖4.41 雙面式單向蛇型於蠕動泵流量8CC MIN 效能I-V及I-P曲線	66
圖4.42 雙面式單向蛇型於微型泵流量4CC MIN 效能I-V及I-P曲線	66
圖4.43 雙面式雙向蛇型於蠕動泵流量4CCMIN 效能I-V及I-P曲線	68
圖4.44 雙面式雙向蛇型於蠕動泵流量8CCMIN 效能I-V及I-P曲線	69
圖4.45 雙面式雙向蛇型於微型泵流量4CCMIN 效能I-V及I-P曲線	69
 
表目錄
表2.1 燃料電池基本特性比較表	9
表3.1 單電池效能於4CC MIN 對於膜電極組個別量測	40
表3.2 單電池效能於8CC MIN 對於膜電極組個別量測	40
表3.3 單面式單向蛇型蠕動泵效能4CC MIN 對於膜電極組個別量測	42
表3.4 單面式單向蛇型蠕動泵效能8CC MIN 對於膜電極組個別量測	42
表3.5 單面式單向蛇型微型泵效能4CC MIN 對於膜電極組個別量測	43
表3.6 單面式雙向蛇型蠕動泵效能4CC MIN 對於膜電極組個別量測	45
表3.7 單面式雙向蛇型蠕動泵效能8CC MIN 對於膜電極組個別量測	45
表3.8 單面式雙向蛇型微型泵效能4CC MIN 對於膜電極組個別量測	46
表4.1 雙面式單向蛇型蠕動泵效能4CC MIN 對於膜電極組個別量測	67
表4.2 雙面式單向蛇型蠕動泵效能8CC MIN 對於膜電極組個別量測	67
表4.3 雙面式單向蛇型微型泵效能8CC MIN 對於膜電極組個別量測	68
表4.4 雙面式雙向蛇型蠕動泵效能4CCMIN 對於膜電極組個別量測	70
表4.5 雙面式雙向蛇型蠕動泵效能8CCMIN 對於膜電極組個別量測	70
表4.6 雙面式雙向蛇型微型泵效能8CCMIN 對於膜電極組個別量測	71

[1]黃鎮江, “燃料電池(修訂版)”,全華科技圖書股份有限公司, 2005
年3月.
[2]F. Barbir, “PEM Fuel Cells. Elsevier Inc., 2005
[3]G. Weaver. World Fuel Cells – An Industry Profile with Market
Prospects to 2010.Elsevier Science, December 2002.
[4]Fuel Cell Handbook, EG & G Services, Parsons, Inc. and Science
Applications International Corporation,5th ed., October 2000.
[5]G. Apanel and E. Johnson, “Direct Methanol Fuel Cells-Ready to
Go Commercial?” Fuel Cells Bulletin, Vol. 2004, pp.12-17,
November 2004.
[6]K. Scott, W. M. Taama, P. Argyropoulos, “Engineering aspects of the
direct methanol fuel cell system”, Journal of Power Sources
79(1999)43-59.
[7]A. Oedegaard, S. Hufschmidt, R. Wilmshoefer, and C. Hebling, “
Portable size DMFC-stack”, Journal of Fuel Cells, Vol. 4,
pp.219-224, July 2004.
[8]C. Y. Chen , J. Y. Shiu , Y. S. Lee, “Development of a small DMFC
  bipolar plate stack for portable applications”, Journal of Power
  Source 159 (2006) 1042-1047.
[9]Y. H. Pan, “Advanced air-breathing direct methanol fuel cells for
portable applications,” Journal of Power Sources, Vol. 161, p.282,2006.
[10]A. Schmitz, S. Wagner, R. Hahn, H. Uzun, C. Hebling, “Stability of
planar PEMFC in Printed Circuit Board thchnology”, Journal of Power Sources 127 (2004) 197-205.
[11]Y. H. Chan, T. S. Zhao, R. Chen, C. Xu, “A small mono-polar direct methanol fuel cell stack with passive operation”, Journal of Power
Sources 178 (2008) 118-124.
[12]李世鳴, 管衍德, 宋旻峰, “陰極空氣流量與空氣流速對直接甲醇
   燃料電池的影響” 第一屆台灣氫能與燃料電池學術研討會, 2006 年11月1日~2日，南投，日月潭.
[13]管衍德, 李世鳴, 林祐瑋, 宋旻峰, “PDMS取代傳統PTFE防水墊片與傳統流道板開發與性能分析”, 第三屆全國氫能與燃料電池學術研討會論文集, 2008年11月14日~15日，台南.
[14]管衍德, 李世鳴, 宋旻峰, “直接甲醇燃料平面電池組與PCB平面
   電池組之性能探討”, 2007 中國航太學會/中華民航學會聯合學術
   研討會, 屏東，中華民國九十六年十一月.
[15]李世鳴, 管衍德, 宋旻峰, “直接甲醇燃料電池與平面電池堆之性能探討”, 中華民國航空太空工程學會第50屆全國學術研討會.
[16]李世鳴, 宋旻峰, 管衍德, “CD-ROM Size之直接甲醇燃料電池的陽極流道分析與設計”, 第十二屆全國計算流體力學學術研討會, 高雄，中華民國九十四年八月.
[17]李世鳴, 宋旻峰, 管衍德, “平面薄型式直接甲醇燃料電池之流道分析與設計”, 第十三屆全國計算流體力學學術研討會, 台北縣，中華民國九十五年八月.
[18]李世鳴, 管衍德, 宋旻峰, “陽極環境參數對直接甲醇燃料電池的
   影響”, 中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會論文集, 崑山科技大學 台南、永康, 中華民國九十五年十一月二十四日、二十五日.
[19]李世鳴, 管衍德, 宋旻峰, “陰極空氣流量與流速對直接甲醇燃料
   電池效能影響之探討”, 中華民國力學學會第三十屆全國力學會
   議，彰化縣大葉大學機械與自動化工程學系，95年12月15-16日.
[20]管衍德, 陳文婷, 張宗柏, 留偉倫, 劉安培, 李世鳴, 宋旻峰, “可攜式直接甲醇燃料電池於小型機器人之電源設計與製作”, 中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集, 中原大學 桃園、中壢, 中華民國九十六年十一月二十三日、二十四日
[21]管衍德, 張宗柏, 陳文婷, 留偉倫, 李世鳴, 宋旻峰, “直接甲醇燃料電池之熱晶片量測平台開發與應用”, 2007中國航太學會/中華民航學會聯合學術研討會, 屏東，中華民國九十六年十一月.