1. UKM Learning and Research Repository
2. PHD Thesis / Tesis PHD
3. Fuel Cell Institute / Institut Sel Fuel

Title:	Pembangunan sel fuel metanol langsung (DMFC) mikro dengan teknologi sistem mikro-elektro-mekanikal (MEMS)
Authors:	Umi Azmah Hasran (P38285)
Supervisor:	Siti Kartom Kamarudin, Prof. Dr.
Keywords:	Sel fuel metanol langsung Sistem mikro-elektro-mekanikal Methanol as fuel
Issue Date:	21-Apr-2014
Description:	Sel Fuel Metanol Langsung (DMFC) bersaiz kecil adalah sumber kuasa yang disyorkan bagi peranti mudah alih berdasarkan kepada beberapa faktor seperti ketumpatan tenaga yang tinggi serta pengendalian yang lebih mudah dan selamat kerana fuel metanol adalah dalam bentuk cecair pada keadaan ambien. Saiz DMFC perlu kecil dan padat supaya sesuai dimuatkan ke dalam peranti mudah alih. Untuk itu, pengurangan saiz dicapai dengan membangunkan satu rekabentuk baru bagi DMFC mikro yang memanfaatkan plat elektrod berasaskan substrat silikon, yang mana medan aliran plat difabrikasi menggunakan teknologi sistem mikro-elektro-mekanikal (MEMS). Peranti mudah alih juga lazimnya beroperasi pada pelbagai orientasi dan ini memerlukan sebuah DMFC mikro yang tidak dipengaruhi oleh atau bergantung kepada orientasi peranti untuk menjamin stabil keluaran kuasa yang dihasilkan. Mengambil peluang daripada keupayaan proses mikrofabrikasi untuk menghasilkan struktur yang bersaiz mikro, struktur kapilari dapat dibentuk secara terkawal dalam medan aliran poros bagi memperolehi dorongan daya kapilari yang dapat memastikan fuel terus disampaikan ke kawasan tindak balas tanpa perlu mengambil kira mengenai orientasi sel. Pertimbangan tentang penggunaan kuasa yang berbeza bagi peranti mudah alih seperti telefon bimbit, iaitu keadaan bicara yang menggunakan lebih banyak tenaga daripada keadaan tunggu sedia, membawa kepada usaha menggabungkan mod aktif dan mod pasif pada plat anod yang membolehkan DMFC mikro berfungsi pada kedua-dua mod menurut keperluan operasi praktik. Oleh itu, plat anod bermod gabungan dibangunkan dan medan aliran yang ditetapkan untuknya adalah grid yang bermod aktif dan poros yang bermod pasif. Plat katod ditetapkan pada mod pasif dengan rekabentuk baru lubang tembus berbentuk tetingkap segiempat sama yang bertatasusunan sendeng. Kerja pemodelan menggunakan perisian COMSOL Multiphysics 3.5a dijalankan bagi menyokong kerja rekabentuk plat anod untuk mendapatkan konfigurasi dan dimensi geometri untuk persediaan proses mikrofabrikasi. Analisis simulasi yang dijalankan ke atas aliran bendalir lamina di dalam plat anod untuk mengkaji konfigurasi medan aliran grid menetapkan rekabentuk pelantar bertatasusunan sendeng dan lubang salur masuk/keluar pada posisi yang bertentangan, manakala dimensi bagi struktur kapilari yang boleh difabrikasi harus mempunyai garis pusat minimum 60 μm dan ketinggian kolum setinggi 100 μm. Nisbah bukaan medan aliran bagi kedua-dua plat elektrod tersebut adalah kira-kira 50%. Kaedah punaran digunakan bagi membentuk struktur medan aliran yang dikehendaki pada plat elektrod dan logam konduktif elektrik titanium-tembaga (1.1 μm)/emas (0.18 μm) digunakan sebagai lapisan pemungut arus. Kaedah rekabentuk ujikaji (DOE) digunakan untuk mendapatkan faktor proses tekan panas yang optimum untuk pembikinan himpunan elektrod membran (MEA), iaitu tekanan 6 kgf/cm2 dan suhu 130°C. Plat elektrod dan MEA disepadukan di dalam sebuah sel tunggal dan kajian ke atas kebolehlaksanaan dan keberkesanan DMFC mikro baru dijalankan dengan melihat kepada ujian prestasi. Nilai ketumpatan kuasa maksimum dicapai pada orientasi sel mendatar, iaitu 1.86 mW/cm2 pada voltan 138.7 mV. Ujian prestasi menunjukkan bahawa DMFC mikro baru ini mampu memberikan operasi yang bebas-orientasi.,A small -sized Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) is recommended as a power source for mobile devices based on several factors such as its high energy density and easier and safer handling for fuel methanol as it is a liquid at ambient conditions. The size should be small and compact to perfectly fit into mobile devices. Therefore, the reduction in size is achieved by developing a new design for micro DMFC electrode plates that utilizes a silicon-based feature, in which the flow field of the plate is fabricated using microelectromechanical systems (MEMS) technology. Mobile devices also typically operate at various orientations and require a micro DMFC that is not influenced by or is dependent on the device orientation in order to produce a stable power output. Taking advantage of the capabilities of microfabrication process to produce micro-sized structure, controlled fabrication of capillary structures was carried out in a porous flow field to obtain the drive from capillary forces that would ensure continued fuel delivered to the reaction area without taking the cell orientation into account. Consideration of different power consumption for portable devices such as mobile phones, i.e. the talk mode that uses more energy than the standby mode, led to efforts to incorporate active mode and passive mode on the anode plate which allows the micro DMFC works in both modes according to practical operational requirements. Therefore, a combined-mode anode plate was developed that integrates the active-mode grid and passive-mode porous flow fields. A passive-mode cathode plate was developed with a new design of square window-shaped through holes in a staggered arrangement. Modelling effort using COMSOL Multiphysics 3.5a was conducted to support the anode plate design work in order to determine the configuration and geometrical dimensions of the microfabrication process setup. Simulation analysis conducted on laminar fluid flow in the anode plate to study the grid design configuration determined that the platform has a staggered arrangement with inlet/outlet holes at opposite ends, while the dimensions of the capillary structure should have a minimum diameter of 60 μm and a column height of up to 100 μm. The flow field open ratio for the two electrode plates is about 50 %. Etching method was used to form the desired flow field structure for the electrode plates and electrically conductive metals titanium-copper (1.1 μm)/gold (0.18 μm) was used as the current collector layer. Design of experiments (DOE) method was used to obtain the optimized hot press process factors, which are 6 kgf/cm2 pressure and temperature of 130°C, for the fabrication of membrane electrode assembly (MEA). The electrode plates and MEA were integrated into a single cell and a study on the feasibility and effectiveness of the new micro DMFC is carried out by looking at its performance test. The maximum power density of 1.86 mW/cm2 was achieved in the horizontal cell orientation at a voltage of 138.7 mV. Performance testing indicates that the new micro DMFC is able to conduct an orientation-independent operation.,PhD
Pages:	314
Call Number:	TK2933.D57U484 2014 3 tesis
Publisher:	UKM, Bangi
Appears in Collections:	Fuel Cell Institute / Institut Sel Fuel

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.