臺灣博碩士論文加值系統

影響質子交換膜燃料電池（PEMFC）
發電效率參數之實驗結果分析
研究生：孫 忠 銓 指導教授：蘇 艾博士
翁 芳 柏博士
元 智 大 學 機械工程研究所
摘 要
近幾年來由於電腦科技與通訊技術進步快速，可攜帶式電化產品以顯著倍數增加，因此要求時間長與高性能之電池已是現今世界發展之趨勢，而PEM型燃料電池將是達到此種條件最有效之電力源。本次實驗主要是以質子交換膜燃料電池單電池組為基礎，純氫、氧為燃料，進氣時以乾燃料與加濕燃料之條件下對電池內之溫度、壓力及氣體流量作一系列規律之實驗，測試反應性能並將此結果分析、比較探討其相互關係。討論分析結果發現乾燃料進入電池後直接影響MEA之濕度比，在此條件下性能操作，以電池濕度控制為首要條件。因此在單一參數因子以流量影響最大，溫度次之；兩參數因子相互作用時，以溫度—流量影響最大；加濕燃料時單一參數因子則以溫度參數因子影響最大。因此以適當之進氣流量與溫度控制濕度比成為影響發電效率之最大關鍵因素。

EXPERIMENTAL RESULTS ANALYSES OF PARAMETERS INFLUENCING THE PERFORMANCE OF PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL（PEMFC）
Student : Chung-Chyuan Sun Advisor : Dr. Ay Su
Dr. Fang-Bor Weng
Institute of Mechanical Engineering.
Yuan-Ze University
ABSTRACT
Recently, the requirements for technology of computers and communications have increased dramatically. A portable electric power supply with long duration and high performance is then needed for these products. A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) can meet these requirements and becomes one of the best candidates as the portable power source. But limited by the products volume, the existing portable fuel cell has to control its humidity to reach an optimized performance of the application region. This paper is therefore to present a series of experiments to investigate the performance of a single PEMFC. The pure hydrogen and oxygen are used for fuel. The effects of different operating conditions about dry and humidified fuel on the cell performance are also discussed, which include the temperature, pressure, and inlet fuel flow rate. These experimental results can provide useful information for investigating the cell performance. The results of discussion and analyses indicate MEA humidity ratio is influenced by dry flow into cell directly. Operating as this condition, it is the most important condition in cell is humidity control. So, at single parameter, the most effect is flow, temperture next; two parameters interaction each other, the most effect is temperture-flow; at humidified fuel condition, at single parameter, the most effect is temperture. Therefore, it is very important factor of influencing the performance is caculating flow and temperature exactly to control humidity ratio.

目 錄
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． i
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ii
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． viii
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． xi
符號說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xxvii
第一章　緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1-1　前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1-2 背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1-3 研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1-4 文獻探討．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
第二章 理論分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12
2-1 燃料電池的發電原理．．．．．．．．．．．．．．．．12
2-2 燃料電池的機本構造．．．．．．．．．．．．．．．．14
2-3 燃料電池的種類．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
2-4 質子交換型燃料電池發電效率影響參數．．．．．．．．20
2-5 極化曲線與電化學反應動力參數．．．．．．．．．．．41
第三章 實驗設備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46
3-1 實驗測試系統儀器．．．．．．．．．．．．．．．．．46
3-2 實驗測試電池．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
第四章 YZFC-50 燃料電池單電池組性能測試．．．．．．．．．50
4-1 YZFC-50 進氣燃料為乾氫氣與氧氣性能測試．．．．．50
4-1-1 實驗方法與步驟．．．．．．．．．．．．．．．51
4-1-2 結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．53
4-2 YZFC-50 進氣燃料以加濕氫氣與氧氣之性能測試．．．59
4-2-1 實驗方法與步驟．．．．．．．．．．．．．．．60
4-2-2 結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．63
4-3 實驗結果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73
4-3-1 Tafel Equation 動力學參數分析．．．．．．．． 73
4-3-2 ANOVA 計算影響發電效率之參數分析．．．．．74
第五章 數值模擬分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78
5-1 數學模式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78
5-2 數值的處理方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．84
5-3 結果與討論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
第六章 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．90
　　　6-1 進氣燃料為乾氫氣與氧氣．．．．．．．．．．．．．．90
6-2 進氣燃料為加濕氫氣與氧氣．．．．．．．．．．．．．91
6-3 實驗結果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93
6-4 數值模擬分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94
第七章 文獻參考．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95
表目錄
表1-1 各種燃料電池基本特性的比較．．．．．．．．．．．．．102
表1-2 各種燃料電池發展現況．．．．．．．．．．．．．．．．104
表3-1 設定電流測試誤差數據表．．．．．．．．．．．．．．．106
表3-2 設定電壓測試誤差數據表．．．．．．．．．．．．．．．107
表4-1 流量H2 100cc/min（0﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．．108
表4-2 流量H2 250cc/min（0﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．．108
表4-3 流量H2 350cc/min（0﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．．108
表4-4 流量H2 100cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．109
表4-5 流量H2 150cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．109
表4-6 流量H2 200cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．109
表4-7 流量H2 250cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．110
表4-8 流量H2 350cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．110
表4-9 流量H2 500cc/min（80﹪RH）之溫度、壓力性能最佳值．．110
表4-10 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．111
表4-11 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．112
表4-12 流量H2 200cc/min、O2100cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113
表4-13 流量H2 250cc/min、O2125cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114
表4-14 流量H2 350cc/min、O2175cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．115
表4-15 流量H2 500cc/min、O2250cc/min、80﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．116
表4-16 流量H2 100cc/min、O250cc/min、0﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．117
表4-17 流量H2 250cc/min、O2125cc/min、0﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．118
表4-18 流量H2 350cc/min、O2175cc/min、0﹪RH之動力學參數分析．．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．119
表4-19 ANOVA 分析總實驗值之樣本統計表．．．．．．．．．．120
表4-20 ANOVA 分析總實驗值之結果計算表．．．．．．．．．．121
表4-21 ANOVA 分析總實驗值之結果表．．．．．．．．．．．．123
表4-22 ANOVA 分析實驗性能較佳區之樣本統計表．．．．．．．124
表4-23 ANOVA 分析實驗性能較佳區之結果計算表．．．．．．．125
表4-24 ANOVA 分析實驗性能較佳區之結果表．．．．．．．．．127
表5-1 質子交換膜燃料電池電流測試之幾何參數．．．．．．．．128
圖目錄
圖1-1 燃料電池發電機制示意圖．．．．．．．．．．．．．．．129
圖2-1 燃料電池發電原理基本示意圖．．．．．．．．．．．．．130
圖2-2 為質子交換膜燃料電池氫氧反應圖．．．．．．．．．．．130
圖2-3 基本構造示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．131
圖2-4 氧氣壓力( )對PEMFC電壓的影響效應．．．．．．．．．131
圖2-5 氣體流道的壓力與溫度對PEMFC效率的影響效應．．．．132
圖2-6 不同電流密度下水流動方向示意圖．．．．．．．．．．．132
圖2-7 不同電流密度下電池內部水流動速度之分佈．．．．．．．133
圖2-8 不同電流密度下電池內部壓力之分佈．．．．．．．．．．133
圖2-9 不同電極孔隙度對PEMFC發電效率的影響．．．．．．．134
圖2-10 電極孔隙度對PEMFC發電效率的影響．．．．．．．．． 134
圖2-11 電極孔隙度與極限電流密度值之關係．．．．．．．．． 135
圖2-12 不同進口氣體濕潤度對PEMFC發電量的關係．．．．．．135
圖2-13 PEMFC之平均電流與進口濕潤度的關係．．．．．．．．136
圖2-14 進口氣體濕潤度對極限電流值的關係．．．．．．．．．．136
圖2-15 燃料氣體流動方向對PEMFC發電效率的影響．．．．．．137
圖2-16 不同白金使用量對PEMFC發電效率的影響．．．．．．．137
圖2-17 PEMFC內部氣體濃度分佈特性．．．．．．．．．．．．138
圖2-18 不同陰極厚度對極限電流之影響．．．．．．．．．．．．138
圖2-19 不同質子交換膜厚度對PEMFC發電效率的影響．．．．．139
圖2-20 理想與實際燃料電池極化曲線圖．．．．．．．．．．．．139
圖2-21 可逆電極反應座標圖．．．．．．．．．．．．．．．．．140
圖2-22 可逆與不可逆電極反應座標圖．．．．．．．．．．．．．140
圖3-1 燃料電池測試系統儀器．．．．．．．．．．．．．．．．141
圖3-2 燃料電池測試系統儀器（續）．．．．．．．．．．．．．．141
圖3-3 燃料電池測試系統儀器（續）．．．．．．．．．．．．．．142
圖3-4 燃料電池測試系統儀器（續）．．．．．．．．．．．．．．142
圖3-5　為燃料電池測試係統管路配置流程示意圖．．．．．．．．143
圖3-6 實驗設備系統操作方法說明．．．．．．．．．．．．．．144
圖3-6-1 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．145
圖3-6-2 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．145
圖3-6-3 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．146
圖3-6-4 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．146
圖3-6-5 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．147
圖3-6-6 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．147
圖3-6-7 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．148
圖3-6-8 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．149
圖3-6-9 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．．150
圖3-6-10 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．151
圖3-6-11 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．152
圖3-6-12 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．152
圖3-6-13 實驗設備系統操作方法說明（續）．．．．．．．．．．153
圖3-7 單電池組之組合構造示意圖．．．．．．．．．．．．．．154
圖3-8 YZFC-50 石墨流道板流道圖．．．．．．．．．．．．．．155
圖3-9 YZFC-50燃料電池氫氣與氧氣流向示意圖．．．．．．．．155
圖3-10 設定電流測試電壓誤差圖．．．．．．．．．．．．．．．156
圖3-11 設定電壓測試電流誤差圖．．．．．．．．．．．．．．．156
圖4-1 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min，溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力變化性能曲線圖．．．．．．．．．．157
圖4-2 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min，溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力變化性能曲線圖．．．．．．．．．．157
圖4-3 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min，溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力變化性能曲線圖．．．．．．．．．．．158
圖4-4 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min，溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力變化性能曲線圖．．．．．．．．．．．158
圖4-5 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min，溫度70℃，壓力38、30、22、15、10 Psig之壓力變化性能曲線圖．．．．．．．．．．．159
圖4-6 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min，壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．．．．．．159
圖4-7 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min，壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．．．．．．160
圖4-8 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min，壓力30 Psig，溫度30、40、50 ℃之條件各操作兩小時之性能曲線圖．．．．．．．．160
圖4-9 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min，壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．．．．．．161
圖4-10 溫度 30℃、壓力30 Psig，H2流量100cc/min、250cc/min 、350cc/min之性能曲線比較圖．．．．．．．．．．．．．161
圖4-11 溫度 50℃、壓力30 Psig，H2流量100cc/min、250cc/min 、350cc/min之性能曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．162
圖4-12 溫度 60℃、壓力30 Psig，H2流量100cc/min、250cc/min 、350cc/min之性能曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．162
圖4-13 溫度 70℃、壓力30 Psig，H2流量100cc/min、250cc/min、 350cc/min之性能曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．163
圖4-14 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．163
圖4-15 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．164
圖4-16 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．164
圖4-17 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．165
圖4-18 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．165
圖4-19 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．166
圖4-20 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．166
圖4-21 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．167
圖4-22 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．167
圖4-23 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．168
圖4-24 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．168
圖4-25 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．169
圖4-26 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．169
圖4-27 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．170
圖4-28 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．170
圖4-29 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．171
圖4-30 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．171
圖4-31 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．172
圖4-32 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．172
圖4-33 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．173
圖4-34 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．173
圖4-35 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．174
圖4-36 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．174
圖4-37 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．175
圖4-38 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．175
圖4-39 流量H2500cc/min、O2250cc/min（80﹪RH），壓力10 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．176
圖4-40 流量H2500cc/min、O2250cc/min（80﹪RH），壓力15 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．176
圖4-41 流量H2500cc/min、O2250cc/min（80﹪RH），壓力22 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．177
圖4-42 流量H2500cc/min、O2250cc/min（80﹪RH），壓力30 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．177
圖4-43 流量H2500cc/min、O2250cc/min（80﹪RH），壓力38 Psig，溫度 30、40、50、60、70 ℃之溫度性能曲線變化圖．．．．178
圖4-44 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．178
圖4-45 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．179
圖4-46 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．179
圖4-47 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．180
圖4-48 流量H2 100cc/min、O2 50cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．180
圖4-49 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．181
圖4-50 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．181
圖4-51 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．182
圖4-52 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．182
圖4-53 流量H2 150cc/min、O2 75cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．．183
圖4-54 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．183
圖4-55 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．184
圖4-56 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．184
圖4-57 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．185
圖4-58 流量H2 200cc/min、O2 100cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．185
圖4-59 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．186
圖4-60 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．186
圖4-61 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．187
圖4-62 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．187
圖4-63 流量H2 250cc/min、O2 125cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．188
圖4-64 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．188
圖4-65 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．189
圖4-66 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．189
圖4-67 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．190
圖4-68 流量H2 350cc/min、O2 175cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．190
圖4-69 流量H2 500cc/min、O2 250cc/min（80﹪RH），溫度30℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．191
圖4-70 流量H2 500cc/min、O2 250cc/min（80﹪RH），溫度40℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．191
圖4-71 流量H2 500cc/min、O2 250cc/min（80﹪RH），溫度50℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．192
圖4-72 流量H2 500cc/min、O2 250cc/min（80﹪RH），溫度60℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．192
圖4-73 流量H2 500cc/min、O2 250cc/min（80﹪RH），溫度70℃，壓力10、15、22、30、38 Psig之壓力性能曲線變化圖．．．193
圖4-74 溫度 30℃、壓力10 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 193
圖4-75 溫度 40℃、壓力10 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 194
圖4-76 溫度 50℃、壓力10 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 194
圖4-77 溫度 60℃、壓力10 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 195
圖4-78 溫度 70℃、壓力10 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 195
圖4-79 溫度 30℃、壓力15 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 196
圖4-80 溫度 40℃、壓力15 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 196
圖4-81 溫度 50℃、壓力15 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
圖4-82 溫度 60℃、壓力15 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 197
圖4-83 溫度 70℃、壓力15 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 198
圖4-84 溫度 30℃、壓力22 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 198
圖4-85 溫度 40℃、壓力22 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 199
圖4-86 溫度 50℃、壓力22 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．199
圖4-87 溫度 60℃、壓力22 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 200
圖4-88 溫度 70℃、壓力22 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 200
圖4-89 溫度 30℃、壓力30 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 201
圖4-90 溫度 40℃、壓力30 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 201
圖4-91 溫度 50℃、壓力30 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 202
圖4-92 溫度 60℃、壓力30 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 202
圖4-93 溫度 70℃、壓力30 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 203
圖4-94 溫度 30℃、壓力38 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 203
圖4-95 溫度 40℃、壓力38 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 204
圖4-96 溫度 50℃、壓力38 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 204
圖4-97 溫度 60℃、壓力38 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 205
圖4-98 溫度 70℃、壓力38 Psig ，H2流量100cc/min、200cc/min、250cc/min 、350cc/min、500cc/min（80﹪RH）之性能曲線圖．
　　　　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 205
圖5-1 單一質子交換膜燃料電池概要圖．．．．．．．．．．．．206
圖5-2 數值計算區域概要圖．．．．．．．．．．．．．．．．．206
圖5-3 在氣體流到與擴散層中流體向量計算分佈圖．．．．．．．207
圖5-4 在氣體流到與擴散層中不同溫度計算分佈圖．．．．．．．207
圖5-5 在氣體流到與擴散層中氧濃度之計算剖面圖．．．．．．．208
圖5-6 在氣體流到與擴散層中飽和液態水之計算剖面圖．．．．．208
圖5-7 沿著電池長度在觸媒層與陰極界面氧濃度與電流密度之計算分佈圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．209
圖5-8 不同的電壓下沿著電池長度在觸媒層與陰極界面電流密度之計算分佈圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．209
圖5-9 實驗數據與計算結果兩者之性能曲線比較圖．．．．．．．210

第七章 文獻參考
（1） M.Wankizoe, Electrochimica Acta,Vol.40,No.3,（1995）PP335-344.
（2） 鄭耀宗、徐耀昇，“燃料電池技術進展的現況分析”，八十八年節約能源論文發表會論文專輯，(1999) PP.409-422.
（3） W.K.Lee, J.W.Vanzee, S.Shimpalee, S.Dutta, Effect of Humidity on PEM Fuel Cell Performance Part I Experiments, Proceedings of ASME Heat Transfer Division,VOL. 364-1（1999）PP.359-366.
（4） Deryn Chu, Rongzhong Jiang, Performance of polymer electrolyte membrane fuel cell stacks Part I. Evaluation and simulation of an air—breathing PEMFC stack, Journal of Power Sourace,Vol.83,（1999）PP.128-133.
（5） 徐耀昇、鄭煜騰、鄭耀宗，低溫燃料電池的研製與分析，八十七年節約能源論文發表會專輯，（1998）PP.351-358.
（6） E.A.Ticianlli, C.R.Derouin, A.Rdondo, S.Srinivasan, Methods to Advance Technology of Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Journal of Electrochemical Society, Vol.135,No.9（1999）PP.2204-2214.
（7） A.B.LaConti, A.R.Fragala, and J.R.Boyack, in Electrode Materials and Processes for Energy Conversion and Storage J.D.E.McIntyre, S.Srinivasan, and F.G.Will,Edtor,P.354, The Electrochemical Society Softbound Proceedings Series, Princeton,NJ（1977）.
（8） 黃煥勝、黃鎮江、鄭耀宗，The assemblies and performance test on PEMFC, 中華大學機械與航太工程研究所碩士論文,（2000）.
（9） Deryn Chu, Rongzhong Jiang, Comparative Studies of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Stacks and Single Cell, J. Power Source,Vol.80,（1999）PP.226-234.
（10） D.Singh, D.M.Lu, and N.Djilali, A Two-Dimensional Analysis of Mass Transport in Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Int. J. of Engineering Science,37,（1999）PP.431-452.
（11） Buchi, F.N., Tran,D. and Srinivasan,S., Performance of Pem Fuel Cells without External Humidification of the Reactant Gases, Electrochemical Society Proceedings,95（23）（1997）PP.226-240.
（12） Rongzhong Jiang, Deryn Chu, Stack design and performance of polymer electrolyte membrane fuel cells, J. Power Source Vol.93,（2001）PP.25-31.
（13） Masanobu,W. Omourtage,A.V. and Supramaniam,S., Analysis of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance with Alternate Membrane, Electrochimica Acta,40（3）,（1999）PP.335-344.
（14） 鄭雅堂，“燃料電池發電技術”，汽電共生報導，第十四期，17~25(1998).
（15） M. J. Bolmen and M. N. Mugerwa, Fuel Cell System, Plenum Press, New York, 1993.
（16） K. B. Parter, “Polymer Electrolyte Fuel Cells:A Review of Recent Developments，” J. of Power Sources, Vol.5l, No.2, 129-144 (1994).
（17） S. S. Penner, A. J. Appley, etc., Commercialization of fuel Cells Prog. Energy Combust. Sci., Vol 1, No. 145-151（1995）.
（18）J. Wilandand, and K.E. Noreilcat, “State-of-the Art and Development Trends for FUEL cell Vehicles,” European Fuel News,VOL.3,No.2,8-14（1996）.
（19） E.A.Ticianlli, C.R.Derouin, A.Rdondo, S.Srinivasan, Methods to Advance Technology of Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Journal of Electrochemical Society, Vol.135,No.9（1988）PP.2204-2214.
（20）Shimpalee S et al. Effect of humidity on PEM fuel cell performance part II-numerical simulation. Proc. of the ASME Heat Transfer Division 1999; 1: 367-374.
（21） D. Singh, D.M. Lu, and N. Djilali, “A Two-Dimensional Analysis of Mass Transport in Proton Exchange Membrane Fuel Cells,” Int. J. of Engineering Science, 37, 431~452(1999).
（22） D. M. Bernardi and M. W. Verbrugge, “A Mathematical Model of the Solid-Polymer-Electrolyte Fuel Cell,” J. Electrochem. Soc., Vol. 139, 2477-2491 (1992).
（23） R.B. Bird, W.E. Steward, and E.N. Lighfoot, Transport Phenomena, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1960.
（24） R. Schlogl, Zur Theorie der Anomalen Osmose, Zeitschrift Physik Chemie, 3, 73(1955).
（25） J. Newman, Electrochemical Systems, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1973.
（26） W.K. Lee, J.W. Van Zee, S. Shimpalee, and S. Dutta, “Effect of Humidity on PEM Fuel Cell Performance Part I-Experiments”, Proc. of the ASME Heat Transfer Division, Vol. 364-1, 359-366, 1999.
（27） S. Shimpalee, S. Dutta, W.K. Lee, and J.W. Van Zee, Effect of Humidity on PEM Fuel Cell Performance Part I-Numerical Simulation, Proc. of the ASME Heat Transfer Division, Vol. 364-1, 367-374, 1999.
（28） S. Srinivasan, D.J. Manko, H. Koch, M.A. Enayetullah, and J.A. Appleby, J. Power Sources, 29, 367(1990).
（29） D.M. Bernardi and M.W. Verbrugge, AIChE J., 37, 1151(1991).
（30） P.S. Fedkiw and W.H. Her, J. Electrochem. Soc., 136, 899(1989).
（31） M.S. Wilson and S. Gottesfeld, ibid., 139, 128(1992).
（32） W. Paik, T.E. Springer, and S. Srinivasan, ibid., 136, 644(1989).
（33） Wang, C.Y., Wang, Z.H. and Pan, Y. Two-phase transport in proton exchange membrane fuel cells. In Proc. of the ASME Heat Transfer Division, 1999, ASME paper HTD-Vol. 364-1, 351-357.
（34） Ferng, Y.M., Chieng, C.C. and Pan, C. Two-phase and heat transfer characteristics of rewetting process. In Proc. 9th Int. Heat Transfer Conference. Jerusalem, 1990.
（35） Ferng, Y.M., Chieng, C.C. and Pan, C. Prediction of rewetting process for a nuclear fuel rod using first-principles equations. Nucl. Engrg. & Des., 1991, 126, 189-205.
（36） Yi, J. and Nguyen, T. An along-the channel model for proton exchange membrane fuel cells. J. Electrochem. Soc., 1998, 145, 1149-1159.
（37） Blaker, F.C. The resistance of packing to fluid flow. AIChE Journal, 1922, 14, 415-422
（38） Ergun, S. Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering progress, 1952, 48, 89-94.
（39） Vafai, K. Convective flow and heat transfer in variable porosity media. J. of Fluid Mechanics, 1984, 147, 233-259.
（40） Marr, C. and Li, X. Composition and performance modeling of catalyst layer in a proton exchange membrane fuel cell. J. of Power Sources, 1999, 77, 17-27.
（41） Patankar, S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere Publishing Corp., 1981.
（42） Computational Fluid Dynamics Services CFX-4.2: User Manual, 1997.
（43） Gurau, V., Liu, H. and Kakac, S. Two-dimensional model for proton exchange membrane fuel cells. AIChE, 1998, 44, 2410-2422.
（44） Wohr, M., Bolwin, K., Schnurnberger, W., Fisher, M., Neubrand, W. and Eigenberger, G. Dynamic modelling and simulation of a polymer membrane fuel cell including mass transport limitation. Int. J. Hydrogen Energy, 1998, 23(3), 213-218.
（45） Shimpalee, S., Dutta, S., Lee, W.K. and Van Zee, J.W. Effect of humidity on PEM fuel cell performance Part II-numerical simulation. In Proc. of the ASME Heat Transfer Division, 1999, ASME paper HTD-Vol. 364-1, 367-374.