固態氧化物燃料電池溫度與材料性質對效能之分子模擬探討

Translated title of the thesis: Performance Enhancement of Solid Oxide Fuel Cells for Different Temperature and Material Properties by Molecular Simulation
  • 詹 彥信

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

本研究針對固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell SOFC)中的三極電極層-電解質、陰極與陽極,分別進行分子模擬與相關材料性質之探討。SOFC電解質與陰極主要?能在於傳輸氧離子,故針對陰極與電解質兩極,主要探討項目為如何提升材料之氧離子傳導性,並且透過摻雜不同材料與改變環境溫度下,探討提升電解質與陰極之氧離子傳導性之關鍵因子。另外,針對SOFC陽極觸媒層,則是建立燃氣與觸媒表面之吸附與催化的模擬流程。由於,SOFC擁有多元燃料之特性,因此,不同燃氣在不同陽極觸媒材料下,其催化與吸附反應都會影響,整體SOFC之發電能力。 為了達成上述目的,本研究將分別使用分子動力學法,探討SOFC中陰極和電解質在不同模擬條件下,其氧離子運動過程。另外,也將利用第一原理法,觀察SOFC陽極觸媒表面對於燃氣之吸附與催化過程。其主要欲解決問題如下1 摻雜效應與溫度效應對於電解質氧離子傳導性之影響;2 不同Type的摻雜效應對於陰極氧離子傳輸能力的影響;3 氫氣對於鎳觸媒表面之吸附與解離過程為和。 本研究透過分子模擬法,分別討論電解質與陰極材料之氧離子傳導能力。並且認為使用4% Fe2O3 摻雜於8YSZ作為SOFC電解質材料能在溫度773K – 973K下擁有最佳的氧離子傳導性。而針對陰極材料方面,當溫度於773K時,使用GBCF最為陰極觸媒材料擁有最佳氧離子傳到性。但是,當溫度為973K時,使用LSCF則擁有最佳之氧離子傳導性。另外,本論文也成?利用第一原理法建立氫氣在陽極觸媒表面下的解離與吸附過程,並且計算出氫氣在各個狀態下的相對能量。 透過完成此研究,將有助於探討SOFC之觸媒材料特性的發展,以及節省實際實驗上的經費,並且尋找出更適合使用在SOFC各極觸媒材料的材料參數與環境參數。
Date of Award2018 Jul 18
Original languageChinese
SupervisorSteven Hsin-Yi Lai (Supervisor)

Cite this

'