學位論文
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Item 多孔矽應用於微型直接甲醇燃料電池之擴散層暨觸媒載體之研製(2008) 賴昶均; Chang-Chung Lai隨著科技的進步與環保意識的高漲，人類亟需一種乾淨、無汙染的能量來源，以應用於現今生活中不可或缺的可攜式電子產品。 直接甲醇燃料電池(DMFC, direct methanol fuel cell)被視為最有潛力，將取代目前鋰電池之下一代能源裝置。它具有操作溫度低，啟動速度快，能量密度高，燃料攜帶方便，燃料取得容易等優點。因此，本研究希望將燃料電池微型化，嘗試製造DMFC (micro DMFC)，並簡化其組成元件，降低製造成本，以實現整合於可攜式電子產品中的可能性。 本研究分為四大實驗項目：(1) 利用TMAH溶液與添加劑所調配之蝕刻液，進行具凸角保護特色的流道製備；(2) 製造與流道相銜接的多孔矽層，取代碳紙於DMFC中擴散層角色；(3) 比較多孔矽擴散層厚度對DMFC性能之影響；(4) 比較DMFC分別以多孔矽與碳紙做為擴散層之性能差異。 實驗結果顯示，本實驗以廉價的TMAH濕蝕刻技術，添加特殊界面活性劑，成功製造出具凸角蝕刻抑制的375 m深流道結構；此外，厚度高達300 m，且互相聯通的多孔矽擴散層，已藉由光輔助電化學蝕刻 (PAECE, photo-assist electrochemical etching ) 製程實現，並成功的與流道相銜接，達到簡化DMFC結構的目的。 實驗結果顯示，具多孔矽擴散層深度為225 m 的微型甲醇燃料電池，其最大開路電壓為387mV；最大電流密度為1.828 mA/cm2；最大功率密度為0.142 mW/cm2，與具碳紙擴散層的對照組性能(0.150mW/cm2)表現不相上下。多孔矽取代碳紙於微型燃料電池之擴散層應用將指日可待。 關鍵字：燃料電池，甲醇，多孔矽，擴散層。Item 多重技術整合之微機電式μDMFC開發與性能評估(2018) 傅品齊; Fu, Pin-Chi直接甲醇燃料電池(Direct methanol fuel cell, DMFC)具備能於低溫下工作、能量密度高、啟動速度快、燃料易取得、易攜帶、安全與穩定與低污染等優點，因此在未來有希望能取代鋰電池成為新一代的行動能源裝置。本研究以微機電系統(Micro-electromechanical system, MEMS)技術製作微型直接甲醇燃料電池(DMFC) ，並簡化元件結構與降低生產成本，以因應未來將其應用於行動電子產品之微小化需求。本研究主要以矽晶片作為燃料電池之基材，並整合「TMAH濕蝕刻技術」、「光輔助電化學蝕刻技術」、「PtRu二元金屬化鍍技術」以及「甲醇改質技術」，製作微流道搭配多孔矽(Porous silicon, PS)，以及微流道搭配穿孔矽(Through silicon via, TSV) 擴散層結構之燃料電池電極板，並將其應用於微型直接甲醇燃料電池的製作。 本研究成功將PtRu二元金屬均勻複合於石墨烯與奈米碳管表面(PtRu/G-CNT)，其Pt與Ru含量比分別為34.1 Wt.%與2.6 Wt.%，而在半電池表現，PtRu/G-CNT之氧化電流峰值為5 mA/cm2，是Pt/G-CNT以及PtRu/G的2.02倍與2.4倍。在電極組合部分，陽極與陰極分別使用多孔矽擴散層電極和穿孔矽擴散層電極的組合(PS+TSV)，能得到最佳的電池性能表現，其最大開路電壓為0.4 V，與PS+PS相比增加約1.5倍，而與TSV+TSV相比增加約6.7倍。在添加界面活性劑改質甲醇燃料的評估試驗中得知，界面活性劑MA適於作為甲醇之濕潤劑，並能從添加濃度控制對甲醇氧化能力與濕潤性之影響，同時也能增加二氧化碳氣泡脫離，避免覆蓋觸媒層造成毒化，進而提升燃料電池之性能表現。在添加界面活性劑MA量為0.1 %時，其最大功率密度為0.336 mW/cm2與最大開路電壓為0.48 V，相較於未添加界面活性劑MA分別提升了1.4倍與1.2倍，說明加入少量界面活性劑能促進甲醇藉由多孔矽擴散至觸媒層進行反應，但若加入過多界面活性劑將會影響甲醇氧化效率，因而造成電池性能的下降。