2009全国新兴能源暨绿色能源专题创意竞赛.pdf

2009 全國新興能源暨綠色能源專題創意競賽 真的 好 棒 國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 管衍德 老師 曾 柏 祥 陳 哲 廷 呂 志 鴻 阮 彥閔 主辦單位：北台灣科學技術學院 執行單位： 北台灣科學技術學院機械工程系 指導單位： 教育部技職司 西元 2009 年 5 月 26 日 真的好棒 一、創作主題與設計創意說明 螢光棒雖為演唱會、晚會增添美麗，但一般僅能維持兩三個小時，而在激情過後，很 少人會想到善後的問題，通常只是當一般垃圾一丟了事。試想，當螢光棒使用量愈來愈多時， 製造的廢棄物亦等比例增加，而這些化學物質不經處理就丟掉可以嗎？會不會造成環境污染 呢？相信問題提出後，這些答案大家都知道，人們在快樂之餘時所帶來的結果竟然是「環境 污染」。所以在設計螢光棒與電源時用了很多心思，在想如何改善這個問題，讓我們的環境 不會招受污染，終於想到目前熱門的燃電池能直接將化學能轉換為電能，反應主要產物為水 不會造成環境污染，加上電子學有教過 LED發光二極體，利用電亦可發光，目前的 LED已 有很大進步，亮度高，耗電低，顏色多，壽命長，可重複使用最符合綠色能源之條件，故可 用燃料電池搭配 LED發光來取代螢光棒。 在瞭解傳統螢光棒的原理與缺點後，本設計決定了四大主軸：一、環保節能、二、功 能創新、三、外型酷炫、四、操作簡便。為達成此目的，經討論與規劃後，決定以發光二極 體取代傳統的螢光，燃料電池取代一次電池，利用燃料電池來驅動並可隨時更換燃料瓶，在 使用上更為方便與環保，搭配單晶片控制電路的設計與程式的撰寫，加上電路板外型的創 意，以電子式取代傳統式，如此即能讓我們的螢光棒不只侷限在那小小的領域裡，而能創造 出一支新穎變化的螢光棒！。 二、 系統結構及原理簡介 2.1整體架構示意 螢光棒 DMFC 燃料 圖一 架構示意圖 如圖一所示，本作品將使用自製 4cell 直接甲醇燃料電池做為電力來源，直接提供螢光 棒所需之電能。本次自製的直接甲醇燃料電池(DMFC)配合流道為壓克力材質， DMFC是用 質子交換膜作為電解質與 PEMFC極為類似。陽極是以等比例的方式將甲醇加水作為直接甲 醇電池的燃料。與其它類型的燃料電池相比， DMFC有結構簡單的系統、體積密度高、啟動 時間短、運行可靠性高等優點，特別是適用於可攜帶式動力源。 - 1 - 真的好棒 2.2 DMFC原理與構造 DMFC原理與構造是以陽極端供應甲醇溶液，陰極端供應空氣。兩者藉由擴散層均勻擴 散到觸媒層，由觸媒層裂解甲醇分子與純水後產生氫離子與電子，電子軸外部到達陰極，氫 離子則透過質子交換膜擴散到陰極端並於空氣中的氧氣進行氧化還原反應發電。陽極端充予 甲醇溶液，使其通過陽極表面進行電化學反應，生成 CO2 和 H+ 並將電子釋放，電子經由 外部電路傳到陰極，氫離子通過質子交換膜擴散到陰極表面，與陰極端