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混合觸媒於直接甲醇式燃料電池陽極之性能

混合觸媒於直接甲醇式燃料電池陽極之性能. 1 南台科技大學機械工程系奈米科技研究所助理教授 2 南台科技大學機械工程系奈米科技研究所研究生. 大綱. 研究動機 實驗架構 MEA 製程簡介 結果與討論 結論. 研究動機. 研究結果顯示 [1] 並非觸媒粒徑越小催化活性效果越佳，當觸媒粒徑約為 3-4nm 且附著於碳載體上時，可獲得最佳 DMFC 電化學活性. [1] 李振彬 , 直接甲醇燃料電池中陽極觸媒層效能之改良 , 國立成功 大學化學工程系 ,2005. 實驗架構.

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混合觸媒於直接甲醇式燃料電池陽極之性能

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Presentation Transcript

  1. 混合觸媒於直接甲醇式燃料電池陽極之性能 1南台科技大學機械工程系奈米科技研究所助理教授 2南台科技大學機械工程系奈米科技研究所研究生

  2. 大綱 • 研究動機 • 實驗架構 • MEA製程簡介 • 結果與討論 • 結論

  3. 研究動機 • 研究結果顯示[1]並非觸媒粒徑越小催化活性效果越佳，當觸媒粒徑約為3-4nm且附著於碳載體上時，可獲得最佳DMFC電化學活性. [1]李振彬,直接甲醇燃料電池中陽極觸媒層效能之改良, 國立成功 大學化學工程系,2005

  4. 實驗架構 • 將兩種不同觸媒Pt-Ru(粒徑:4nm)和Pt-Ru/C(粒徑:3.5nm)混合製成DMFC陽極觸媒層時，對DMFC性能的影響，並且與單獨使用Pt-Ru/C 時之陽極觸媒層做比較。

  5. MEA製程簡介1/3 • 質子交換膜前處理均使用傳統方法處理。(採用DuPont Nafion 117) • 陰陽兩電極使用之觸媒:陽極: Pt-Ru/C(20Wt.%) or Pt-Ru(1:1)+Pt-Ru/C(20Wt.%)陰極: Pt/C(20Wt.%) • 觸媒漿料調製:去離子水、異丙醇(分散劑)、 Nafion Solution 5% (質導劑)分別震盪五分鐘後塗布於疏水碳布上。

  6. MEA製程簡介2/3 • 熱壓製程:熱壓溫度135℃、預壓375~500psi、熱壓壓力1000psi(30秒) • MEA活化: • 導入所需濃度之甲醇水溶液。 • 定電壓0.2V下負載1~2min後，卸除負載30~60sec。 • 重複第2步驟，直到相鄰兩次燃料電池之內阻值相差 在1m以下為止。

  7. MEA製程簡介3/3 • DMFC內阻值測定:使用電化學分析儀，進行交流阻抗量測，將四線式電極分別接於DMFC之陽極和陰極，於每一活化負載停止後，量測內阻值。 • 以定電流模式量測。 • 單電池性能檢測參數:本實驗將燃料電池本體溫度分別固定於30、40、50、60℃、甲醇濃度1M、2M、甲醇流量6 c.c、氧氣壓力7psi、氧氣背壓3.5psi、Nafion 117、陰極與陽極觸媒層單位面積上的Pt Loading均相同。

  8. 結果與討論1/6 • 觸媒層厚度當單位面積負載Pt的重量固定，Pt-Ru Black與Pt-Ru/C混合而成的觸媒層相較下會比Pt-Ru/C觸媒層薄，因此質子傳遞路徑縮短，產生的內阻也會降低，因此歐姆極化所造成的可逆電位偏移也較小。 • 工作溫度對DMFC開迴路電壓之影響 工作溫度越高相對觸媒活性也提高，所產生的活性極化較少，因此開迴路電壓亦會較高。

  9. 結果與討論2/6 • 甲醇濃度對DMFC開迴路電壓之影響 資料來源:旗標科技有限公司,勝光科技股份有限公司,新能源時代之DMFC直接甲醇燃料電池原理、應用與實作, 台北,2006 , P4-9

  10. 結果與討論3/6 圖1. 單一Pt-Ru/C觸媒與混合觸媒的開迴路電壓隨溫度變化之關係圖

  11. 結果與討論3/6 3Wt.%(0.56M) Methonal Solution 資料來源:C. Y. Chen, P. Yang, Performance of an air-breathing direct methanol fuel cell, Journal of Power Sources 123 (2003) 37-42

  12. 結果與討論4/6

  13. 結果與討論5/6 • 單電池之性能比較單一Pt-Ru/C觸媒與混合觸媒於工作溫度60℃和1M甲醇水溶液下之性能表現數據如下:

  14. 結果與討論6/6 圖2. 單一Pt-Ru/C觸媒與混合觸媒於60℃和1M甲醇水溶液下之極化曲線

  15. 結論 • 本實驗利用單電池測試其性能，驗證於陽極觸媒中使用Pt-Ru/C及Pt-Ru是否對DMFC性能有所幫助，的確由實驗數據結果顯示，單一觸媒最大電流密度約為142 mA/cm2，而混合觸媒約為250 mA/cm2，提升大約76%，單一Pt-Ru/C觸媒與混合觸媒最大功率密度則分別為25.2mW/cm2及44.2mW/cm2也提升了75%。

  16. Thanks For Your Attention.

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