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研究生:陳俊銘
研究生(外文):Chun-Ming Chen
論文名稱:固態氧化物燃料電池連接板之氧化行為與電阻測試
論文名稱(外文):Interconnect oxide behavior and electronic resistance of SOFC
指導教授:李雄李雄引用關係王建義
指導教授(外文):Shyong LeeJian-Yih Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:固態氧化物燃料電池連接板
外文關鍵詞:SOFCInterconnect
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連接板是固態氧化物燃料電池中重要元件之一,連接板所扮演的角色除了用來串接單電池組外,另一項功能就是分隔陽極與陰極的氣體流竄。
固態氧化物燃料電池操作溫度高達800℃,故連接板在高溫的環境下必須具有良好的抗氧化能力及材料結構的穩定性,本實驗針對金屬連接板進行高溫實驗,高溫實驗單純將連接板置入高溫爐內,簡化模擬陰極的反應,因空氣並無不斷供應故僅作到持溫200小時。
結果顯示Crofer 22電阻值最小且結構非常穩定,ZMG232(中鋼)與Crofer 22的結果雷同,304不鏽鋼電阻值最大且表面呈現片狀剝落狀態,Inconel 718 高溫抗氧化能力優且結構穩定但電阻值偏高,430不鏽鋼在電性表現當中有些許的不穩定,在800℃持溫50小時呈現最大的電阻值約0.0421Ω,但接下來的100小時反而下降到0.0304Ω接續才又回到穩定呈線性增加。結果仍有測出SiO2訊號強度,SiO2也是一種非常良好的抗氧化層,但缺點是導電率較低。
Interconnect is one of the critical components of a planar solid oxide fuel cell (SOFC) stack. Interconnect is used to contact with the cathode of one cell and the anode of the adjacent cell. The interconnect physically separates the anodic and the cathodic gases.
Interconnect of a planar SOFC is in hot air at temperature up to 800℃.It must have resistance for oxidation and satisfactory microstructure. This experiment puts metallic interconnects into a high-temperature stove, and then simplifies the response of the simulation cathode part. Because the air has not been supplying constantly, it can only be accomplished and held warm for 200 hours.
The result shows that Crofer 22 has minimum resistance value and its structure is very much steady. The result of ZMG232 is quite similar. SS304 resistance values most heavily and its surface appears state of facet scaling off. Inconel 718 has excellent temperature anti-oxidant ability but its resistance value is on the high side. SS430 has some instability in electricity behavior, and the largest resistance value during 50 hours in high temperature of 800℃ is 0.0421Ω. But after being held under high temperature of 800℃for 100 hours, it decreases to 0.0304Ω, and gets back to the stability and presents regular linear increase again. The result finds the intensity of SiO2 signal peak. SiO2 is one kind of good anti-oxidant layer, too. However, its conductive rate is relatively low.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ш
目錄 IV 圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 2
1.3 燃料電池的發展近況 3
1.4 論文大綱 5
第二章 燃料電池簡介 6
2.1 燃料電池之簡介 6
2.1.1 燃料電池的歷史 7
2.2 固態氧化物燃料電池(SOFC)的原理 8
2.3 固態氧化物燃料電池(SOFC)組成基本結構 11
2.3.1 電解質 11
2.3.2 電極材料 14
2.3.2.1 陽極材料 14
2.3.2.2 陰極材料 15
2.3.3連接板材 17
2.3.3.1 陶瓷材料 17
2.3.3.2 不鏽鋼材料 18
2.3.4固態氧化物燃料電池(SOFC)的導電機制 24
2.3.4.1 異質摻雜 24
2.3.4.2 混合導體 25
2.3.5固態氧化物燃料電池(SOFC)連接板的用途與所扮演 的角色以及基本要求 30
第三章 實驗步驟與儀器設備 32
3.1實驗流程圖 32
3.2實驗儀器與設備 33
3.2.1 放電線切割機 33
3.2.2 拋光機 35
3.2.3 顯微組織觀察 37
3.2.3.1 腐蝕液 37
3.2.3.2 原材準備動作 38
3.3 模擬高溫環境 39
3.4 表面結構分析 40
3.4.1 SEM(scanning electron microscope) 40
3.4.1.1 SEM操作步驟 42
3.4.2 EDS(energy dispersive spectrometers) 43
3.4.3 XRD(X-ray Diffractometer) 44
3.4.3.1 XRD操作步驟 46
3.5 電阻值分析 48
3.5.1 AC impedance 49
第四章 結果與討論 51
4.1 原材金相組織與成份分析 51
4.1.1原材金相的前處理 52
4.1.2腐蝕後原材的金相組織 54
4.2 高溫模擬實驗 56
4.3 高溫模擬實驗後之電阻測試 58
4.4 高溫模擬實驗後之顯微結構 61
4.5 高溫模擬實驗後之氧化物分析 63
4.6 高溫模擬實驗後之X光繞射分析 68
第五章 結論 74
參考文獻 75
參考文獻

【1】徐日豐 陳建忠 著作, “固態氧化物型燃料電池連接板熱應力分析” ,核能研究所 工程及設施運轉組。
【2】黃鎮江 編著,”燃料電池”,全華科技圖書。
【3】衣寶廉 黃朝榮 編著,”燃料電池-原理與應用”,五南圖書。
【4】王建義 編譯 ,”圖解燃料電池百科”,全華科技圖書。
【5】P. Kofstad, “ High Temperature Corrosion”, Elsevier Applied Sciences,Chapman and Hall, Lodon, 1998.
【6】W. Wersing, E.Ivers-Tiffee, M. Schiessl and H.Greiner, “Proc. Int. Symp. Solid Oxide Fuel Cells”, Japan, pp.33-42, pp.13-14, 1998.
【7】O. Yamamoto, Electrochim. Acta 45, pp.2423-2435, 2000.
【8】W. J. Quadakkers, J. P. Abellan, V. Shemet, “Metallic Materials in Solid Oxide Fuel Cells”, Materials Research,Vol.7, No 1, pp.203-208, 2004.
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