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次世代高溫型質子交換膜燃料電池技術

次世代高溫型質子交換膜燃料電池技術. 指導老師 : 廖渭銅教授 姓名 : 陳健民. 材料. Polybenzimidazole PBI -  聚苯咪唑 butyl sulfonated polybenzimidazole PBI-BS - 丁基磺酸化聚苯咪唑 phosphoric acid 磷酸 Zr(HPO 4 ) 2 磷酸鋯 Chlorosulfonic acid 氯磺酸. （一）高溫質子交換膜開發.

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次世代高溫型質子交換膜燃料電池技術

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Presentation Transcript

  1. 次世代高溫型質子交換膜燃料電池技術 指導老師 : 廖渭銅教授 姓名:陳健民

  2. 材料 • Polybenzimidazole PBI - 聚苯咪唑 • butyl sulfonated polybenzimidazole PBI-BS - 丁基磺酸化聚苯咪唑 • phosphoric acid 磷酸 • Zr(HPO4)2磷酸鋯 • Chlorosulfonic acid 氯磺酸

  3. （一）高溫質子交換膜開發 元智大學於計畫中自行合成PBI【圖一】，並以PBI 試製薄膜浸漬磷酸，研究PBI/ H3PO4薄膜的各項物理性質。因PBI 對溶劑的溶解性較差，製膜程序較難，且其薄膜性質較脆缺乏韌性。

  4. PBI-BS合成，乃將PBI作磺酸化處理製成丁基磺酸化聚苯咪唑（PBI-BS；butyl sulfonated polybenzimidazole）並試製薄膜測試其物理性能，PBI-BS薄膜性能隨其磺酸化莫耳比之變化而改變。

  5. 本計畫亦以摻合PBI與PBI-BS（22% degree of sulfonation）製成薄膜（PBI/PBI-BS= 8/2 ~ 6/4 wtratio），兼取二者之優點，獲得具有良好高溫導電度及具有韌性【表一】

  6. 在PBI/PBI-BS摻合薄膜膜中導入親水性之無機奈米粒子 Zr(HPO4)2等。因此類無機物具吸濕性，薄膜在高溫仍可保有適量的水含量，提高薄膜在高溫的導電度。

  7. （二）高溫膜電極組-PBI/PBI-BS膜材之高溫長效測試（二）高溫膜電極組-PBI/PBI-BS膜材之高溫長效測試 將膜材 PBI/PBI-BS製作成質子交換膜燃料電池的膜電極組，使用高溫單電池測試系統於 160 ℃下，1atm下，氧氣流速為300 cc/min，氫氣流速為300 cc/min，先以定電流200 mMA/cm2活化電池24 小時，每隔12 小時測試一次電池效能。

  8. PBI/PBI-BS膜電極組高溫長效測試結果，發現到達100 h 時其性能仍在提升，即尚未完全活化完畢。

  9. 圖三及四為圖二測試中不同時間之電流-電壓（I-V）及電流-性能(I-P)曲線。圖三及四為圖二測試中不同時間之電流-電壓（I-V）及電流-性能(I-P)曲線。

  10. (三) 高溫電池技術-複合石墨板之選擇 • 本研究將市面上可取得之三種材質進行分析。三種複合石墨板，依其型號分別簡稱為BBP4(SGL) 、BMA5(SGL) 以及FU 4369(Shunk)，試片在經過室溫、120、150以及180℃的不同溫度點測試後，且外觀上並沒有明顯的崩壞現象發生。

  11. 因BBP4 阻抗值最低，故選用BBP4作為高溫PEMFC電池之流道板材料。

  12. 溫度增加對膜的導電度也會有所幫助，溫度增加膜的導電度會跟著提高，因此160℃之性能明顯優於120℃。溫度增加對膜的導電度也會有所幫助，溫度增加膜的導電度會跟著提高，因此160℃之性能明顯優於120℃。

  13. 整體的性能比起PEMEAS所提供的性能約差了5~6%

  14. 參考文獻 物理雙月刊(卅卷四期) 2008 年八月

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