燃料電池流道型式有蛇型流道(serpentine flow channel)、指叉型流道(interdigitated flow channel)、網格型流道(mesh flow channel)….等；而流道型式性能在相同的入口和操作條件下為（指叉型>蛇型>網格型）。這是由於指叉型流道的雙極板具備使其氣體於擴散層內會產生強制對流之流道設計，所以此類型的PEMFC 效能較佳。
本文是三維數值模擬微型指叉型式流道，求解電池內部電位分佈與電流密度，並探討在低溫至高溫操作下，五種不同溫度、壓力與三種不同的質量流率之電池性能與極化曲線數值模擬之結果。
陽極以純氫氣為入口燃料，陰極輸入空氣，三種不同的操作溫度下與三種不同壓力下進行模擬，得出結果並與實驗作比對，以驗證數值模擬之結果，由於電池溫度變化會影響到陰極電化學反應的反應速率，進而影響到整個電池組的性能，本文也將會就不同的溫度、壓力與質量流率，電池的性能加以探討。

A numerical simulation study for an interdigitated micro-channel
PEM fuel cell is presented. Hydrogen gas is supplied to the anode and
air is supplied to the cathode. The fuel cell outer surfaces are
maintained at a constant temperature.
The SIMPLEC algorithm is employed in a control volume numerical
scheme. The outflow boundary conditions are specified to all transport
equations except that an outlet pressure is specified to the momentum
equation.
Results are compared and show good agreement with the
experimental data. The effects of the mass flow rate, the outlet pressure
and the cell surface temperature on the cell performance are studied.
The results can provide reference for fuel cell design.

目錄
目錄 I
圖目錄 III
表目錄 VI
摘要 VII
Abstract VIII
符號說明 IX
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2燃料電池的發展簡介 2
1.3燃料電池種類 3
1.4文獻回顧 5
1.5研究目的 9
第二章 理論分析 14
2.1質子交換膜燃料電池的構造 14
2.2燃料電池的效率 15
2.3燃料電池性能曲線 17
2.4數學模型 18
2.5基本假設 19
2.6統御方程式 19
第三章 數值方法 36
3.1模型格點測試 36
3.2數值方法 36
3.2邊界條件(Boundary conditions) 41
3.3解題流程 45
第四章 結果與討論 51
4.1壓力的改變對燃料電池性能的影響 51
4.2電池操作溫度變化燃料電池性能之影響 53
4.3質量流率的改變對燃料電池性能的影響 55
第五章 結論與未來展望 96
5.1 結論 96
5.2未來展望 97
參考文獻 98


圖目錄
圖1.1指叉型氣體分部設計(interdigitated gas distribution design)[8] 12
圖1.2傳統型流道(conventional flow channel)[8] 13
圖2.1 質子交換膜燃料電池的結構與運作簡圖 32
圖2.2 各種流道示意圖[3] 33
圖2.3 燃料電池的典型極化曲線圖[3] 34
圖2.4 數值模型之2D簡易尺寸示意圖(單位:μm) 35
圖3.1數值模型格點示意圖 46
圖3.2控制體積表示圖 47
圖3.3數值模擬解題流程 48
圖3.4進出口X-Y方向示意圖 49
圖3.5壁面處剖面示意圖 50
圖4.1 298k不同操作壓力下燃料電池之極化曲線圖 58
圖4.2 不同操作壓力下燃料電池之極化曲線圖實驗結果[19] 59
圖4.3 298k時實驗數據[19]與模擬比對之電流密度曲線圖 60
圖4.4 298k不同操作壓力下燃料電池之電流密度-功率圖 61
圖4.5 不同操作壓力下燃料電池之電流密度-功率圖實驗結果[19] 62
圖4.6 298k時實驗數據[19]與模擬比對之電池性能曲線圖 63
圖4.7 308k五種不同操作壓力下燃料電池之極化曲線圖 64
圖4.8 308k五種不同操作壓力下燃料電池之電流密度-功率圖 65
圖4.9 五種不同操作壓力極化與電流密度比較圖 66
圖4.10 152kpa不同操作溫度下燃料電池之極化曲線圖 67
圖4.11 不同操作溫度下燃料電池之極化曲線圖實驗結果[19] 68
圖4.12 152kPa時實驗數據[19]與模擬比對之電流密度曲線圖 69
圖4.13 152kpa不同操作溫度下燃料電池之電流密度-功率圖 70
圖4.14 不同操作溫度下燃料電池之電流密度-功率圖實驗結果[19] 71
圖4.15 152kPa時實驗數據[19]與模擬比對之電池性能曲線圖 72
圖4.16 六種不同操作溫度下燃料電池之極化曲線圖 73
圖4.17 六種不同操作溫度下燃料電池之電流密度-功率圖 74
圖4.18 六種不同操作溫度極化與電流密度比較圖 75
圖4.19 五種不同質量流率下燃料電池之極化曲線圖 76
圖4.20 五種不同質量流率下燃料電池之電流密度-功率圖 77
圖4. 21 五種不同質量流率極化與電流密度比較圖 78
圖4.22 質量流率0.5倍之氧氣濃度分佈圖 79
圖4.23 質量流率0.7倍之氧氣濃度分佈圖 80
圖4.24 質量流率1倍之氧氣濃度分佈圖 81
圖4.25 質量流率1.5倍之氧氣濃度分佈圖 82
圖4.26 質量流率2倍之氧氣濃度分佈圖 83
圖4.27 質量流率0.5倍之氫氣濃度分佈圖 84
圖4.28 質量流率0.7倍之氫氣濃度分佈圖 85
圖4.29 質量流率1倍之氫氣濃度分佈圖 86
圖4.30 質量流率1.5倍之氫氣濃度分佈圖 87
圖4.31 質量流率2倍之氫氣濃度分佈圖 88
圖4.32 質量流率0.5倍之水濃度分佈圖 89
圖4.33 質量流率0.7倍之水濃度分佈圖 90
圖4.34 質量流率1倍之水濃度分佈圖 91
圖4.35 質量流率1.5倍之水濃度分佈圖 92
圖4.36 質量流率2倍之水濃度分佈圖 93
圖4.37 固定氫氣與改變空氣比例極化與電流密度比較圖 94
圖4.38 固定氫氣與改變空氣比例極化與電流密度比較圖 95


表目錄
表1.1各種燃料電池的特性與應用[5] 11

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