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研究生:王揚仁
研究生(外文):Yung-Zen Wang
論文名稱:氧化鉍固態型燃料電池的電解質的開發研究
論文名稱(外文):The development of solid electrolyte in bismuth-oxide-containing fuel cell
指導教授:許澤勳
指導教授(外文):Tzer-Shin Sheu
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:材料科學與工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:燃料電池氧化鉍電解質
外文關鍵詞:fuel cellbismuth oxideelectrolyte
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摘 要
本研究是利用二元氧化物添加劑來取代一元的氧化物添加劑,來探討氧化鉍固溶體δ-Bi2O3相穩定性。其中二元氧化物添加劑是以氧化銦(In2O3)為主體,然後加入稀土氧化物或氧化釔。藉著合金成分調配出不同等效的陽離子半徑,對δ-Bi2O3相穩定性的影響加以討論。
本實驗所用的粉末是由共沈殿法所得,其中共沈殿、粉末煆燒、燒結溫度和成份之間的關係,分別加以觀察及討論。在PH值為12時,由理論計算可得,在溶液中殘留的陽離子濃度將低於1*10-6M,亦即所得粉末成份將和設計成份相近。至於共沈殿粉末煆燒的溫度可低到540℃。此三元氧化物系統的燒結溫度是730-920℃,一般燒結溫度是隨著添加物的含量增加而提高。
在此不同三元氧化物系統中,我們發現不同氧化物的添加會影響δ-Bi2O3相的存在,其中在Bi2O3 - In2O3 - Gd2O3系統、Bi2O3- In2O3 - Y2O3系統及Bi2O3- In2O3 - Yb2O3系統會隨著陽離子添加量的增加而穩定δ-Bi2O3相。然而在Bi2O3 - In2O3 - Nd2O3系統,卻隨著氧化物添加物的量增加,而有助於γ-Bi2O3相的形成。

Abstract
For observation of phase stability ofδ-Bi2O3, binary oxide dopant system was selected to replace single oxide dopant system. In this binary oxide dopant system, In2O3 and one of rare earth metal oxides or Y2O3 were mixed. Through alloying design, effective cation radius were calculated, and its effect to phase stability was dicussed in detail.
Powders for this ternary oxide system were obtained from coprecipitation method. The relationships among coprecipitation , caliuation temperature, sintering temperature and composition were observed and discussed, respectively. During coprecipitation, PH value of solution was set at 12. From calculation, the remaining cation content in the solution is below 1*10-6M approxicuately. It indicated that the composition of these ternary oxide was the same as the designed value. Most of coprecipitated powders had calcinations temperature down to 540℃. Sintering temperature for these ternary oxide system was ranged from 730℃ to 920℃. Sintering temperature was increasing with the increasing amount of oxide dopant.
In these ternary oxide system, the different combinations of oxide dopants were observed to affect the phase existence of δ-Bi2O3. In the systems Bi2O3- In2O3 - Gd2O3, Bi2O3- In2O3 - Y2O3 and Bi2O3- In2O3 - Yb2O3, δ-Bi2O3, was stabilized with the increasing amount of oxide dopants. However, in the Bi2O3- In2O3 - Nd2O3, the increasing amount of oxide dopant was favor to form γ-Bi2O3

目錄
中文摘要 i
英文摘要ii
誌謝iii
目錄iv
表目錄v
圖目錄vi
第一章 序論1
第二章 背景及理論基礎3
2.1燃料電池的簡介3
2.1.1燃料電池的濫觴3
2.1.2燃料電池的種類3
2.2固態電解質型燃料電池4
2.3固態電解質概述6
2.4 固態電解質燃料電池的發展7
2.5 固態電解質燃料電池的原理7
2.6 氧化鉍型固態電解質11
2.7共沈法13
第三章 研究動機與目的14
第四章 實驗方法15
4.1 實驗步驟及相關參數15
4.1.1實驗用藥品15
4.1.2實驗儀器17
4.2.3實驗步驟18
4.1.3.1試片製備18
4.1.3.2試片觀察21
第五章 結果與討論23
5-1 共沈溶液的PH值23
5-2煆燒溫度24
5-3成份和燒結溫度的關係25
5-4相穩定與成份之關係28
第六章 結 論42
第七章 參考文獻43
表目錄
表3.1 各系統的陽離子之離子半徑14
表3.2 各系統混合後的等效離子半徑15
表4-1 粉末成份表19
表4-2 原始藥品之純度20
表5-1-1 陽離子的氫氧化物之溶度積(Ksp)23
表5-1-2 各陽離子在溶液為PH=12時殘留的濃度24
表5-3-1 Bi2O3 - In2O3 - Gd2O3三元系統試片燒結溫度25
表5-3-2 Bi2O3 - In2O3 - Nd2O3三元系統試片燒結溫度26
表5-3-3 Bi2O3 - In2O3 - Y2O3三元系統試片燒結溫度26
表5-3-4 Bi2O3 - In2O3 - YB2O3三元系統試片燒結溫度27
表5-4-1 Bi2O3 - In2O3 - Gd2O3三元系統與Bi2O3 - In2O3 - Nd2O3
三元系統不同成份相變化………………………………………..28
表5-4-1 Bi2O3 - In2O3 - Y2O3三元系統與Bi2O3 - In2O3 - Yb2O3
三元系統不同成份相變化………………………………………..29
圖目錄
圖2-5-1固體電解質形燃料電池的基本構造………………………..8
圖5-2 Bi2O3 - In2O3 - GdxOy(60-35-5)之(a)TGA及(b)DTA圖形….24
圖5-2-1Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(60-35-05) ……38
圖5-2-2Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(60-30-10)…… 39
圖5-2-3Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(60-25-15)…… 40
圖5-2-4Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(60-20-20)…… 41
圖5-2-5Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(70-25-05)… …42
圖5-2-6Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(70-20-10)…… 43
圖5-2-7Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(70-15-15)…….44
圖5-2-8Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(80-15-05)…… 45
圖5-2-9Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(80-10-10)…… 46
圖5-2-10Bi2O3 - In2O3 - MxOy系統各成份之XRD圖(90-05-05)….. 47
圖5-5-1 Bi2O3-In2O3-Gd2O3 燒結試片破斷面之觀察….. ………….48
圖5-5-2 Bi2O3-In2O3-Nd2O3 燒結試片破斷面之觀察….. ………….49
圖5-5-3 Bi2O3-In2O3-Y2O3 燒結試片破斷面之觀察….. ………..….50
圖5-5-4 Bi2O3-In2O3-Yb2O3 燒結試片破斷面之觀察….. ………….51
圖5-5-5煆燒後粉末之觀察….. ………………………………….….52
圖 5-6-1 Bi2O3-In2O3-Gd2O3系統 圖(a) In2O335 mol%+ Gd2O3 5mol%、(b) In2O330 mol%+ Gd2O310mol%……………...…….53
圖 5-6-2 Bi2O3-In2O3-Gd2O3系統 圖(a) In2O325 mol%+ Gd2O3+15mol%、(b) In2O320 mol%+ Gd2O3 20mol%………….54
圖 5-6-3 Bi2O3-In2O3-Nd2O3系統 圖(a) In2O335 mol%+ Gd2O3 5mol%、(b) In2O330 mol%+ Gd2O3 10mol%…………..………..55
圖 5-6-4 Bi2O3-In2O3-Nd2O3系統 圖(a) In2O325 mol%+ Gd2O3 15mol%、(b) In2O320 mol%+ Gd2O3 20mol%………………….56
圖 5-6-5 Bi2O3-In2O3-Y2O3系統 圖(a) In2O335 mol%+ Gd2O3 5mol%、(b) In2O330 mol%+ Gd2O3 10mol%……………..…….57
圖 5-6-6 Bi2O3-In2O3-Y2O3系統 圖(a) In2O325 mol%+ Gd2O3 15mol%、(b) In2O320 mol%+ Gd2O3 20mol%………………….58
圖 5-6-7 Bi2O3-In2O3-Yb2O3系統 圖(a) In2O335 mol%+ Gd2O3 5mol%、(b) In2O320 mol%+ Gd2O3 20mol%………..………….59
圖 5-6-8 Bi2O3-In2O3-Yb2O3系統 圖(a) In2O325 mol%+ Gd2O3 15mol%、(b) In2O320 mol%+ Gd2O3 20mol%………………….60

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