臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要探討固態氧化物燃料電池在中溫的操作環境下，氧離子在電解質中的傳導現象。本文使用少量的氧化釔(Y2O3)添加到氧化鈰(CeO2)中，形成所謂氧化釔添加氧化鈰(Y2O3-doped-CeO2，稱為YDC)。一般來說，固態氧化物燃料電池使用氧化釔穩定化氧化鋯(Yttria-stablized zirconia，稱為YSZ)作為電解質，由於需要在約1000℃的高溫下操作，使得電池啟動慢，而且需要更多的保溫設備以維持電池的高溫，導致成本偏高，無法商業化。為了改良此現象並降低成本，因此本文探討在不同氧化釔濃度與不同的操作溫度下，使用YDC當作電解質的氧離子傳導性。

現今固態氧化物燃料電池中電解質的研究方向仍偏重於實驗，相關的模擬研究較少。因此本文使用模擬的方式，總共設定四個氧化釔濃度，並佐以文獻中的實驗值作為印證，希望能夠從這四個濃度當中，取得最佳的氧離子傳導性。經由模擬得到的結果顯示，當Y2O3的濃度為10.2 mol%時，會有最佳的氧離子傳導性。雖然操作溫度越高，氧離子的傳導性能越好，但是整體的穩定性將相對的降低，因此本文進一步探討當濃度固定，不同操作溫度的氧離子傳導性。

本文使用分子動力學的方法，建立程式碼，修改為目前需求的環境。模擬分子運動的情形，並設定周遭環境變數與需要的參數，探討固體分子與流體分子在微觀下的運動，並比照實驗值加以印證模擬的正確性。

摘要
致謝
目錄
表目錄
圖目錄
參數定義
第一章 緒論
1.1 前言
1.2 文獻回顧
1.3 研究目的與方法
第二章 建立YDC的模型
2.1 分子間的勢能函數
2.2 模擬流程
2.2.1 初始化過程(Initialization
2.2-2 平衡過程(Equilibration)及產值過程(Production)
2.3 模型建構
2.4 數值方法
2.4.1 設定初始速度及修正
2.4.2 Gear五階預測修正法
2.4.3 Neighbor list的建構方式
2.4.4 平均平方位移(Mean Square Displacement)及離子傳導性2.4.5 徑向分佈函數(Radial Distribution Function)

第三章 結果與討論
3.1 模擬參數的設定
3.2 平衡與產值的狀況
3.3 離子的運動情況
3.4 平均平方位移(mean square displacement)與離子傳導性(ion conductivity)
3.5 徑向分佈函數圖(Radial distribution Function)

第四章 結果分析與總結
4.1 結果分析
4.2 總結

參考文獻

表目錄
表一 (勢能方程式的參數)
表二 (YDC系統在各濃度下的離子數目)
表三 (Gear的五階預測法在q階下的各 值)
表四 (七個不同Y2O3濃度的模擬狀態表)
表五 (七個狀態的MSD斜率與離子傳導性)

圖目錄
圖2.1(YDC晶格結構示意圖)
圖2.2(neighbor list法的示意圖)
圖3.2.1(Case(1)的溫度變化)
圖3.2.2(Case(2)的溫度變化)
圖3.2.3(Case(3)的溫度變化)
圖3.2.4(Case(4)的溫度變化)
圖3.2.5(Case(5)(6)(7)的溫度變化)
圖3.2.6(Case(1)H-function的系統變化)
圖3.2.7(Case(2)H-function的系統變化)
圖3.2.8(Case(3)H-function的系統變化)
圖3.2.9(Case(4)H-function的系統變化)
圖3.2.10(Case(5)H-function的系統變化)
圖3.2.11(Case(6)H-function的系統變化)
圖3.2.12(Case(7)H-function的系統變化)
圖3.3.1(陽離子的震盪情形)
圖3.3.2(在不同溫度下單一氧離子的運動情形)
圖3.4.1(不同Y2O3濃度的MSD曲線)
圖3.4.2(不同Y2O3濃度下的離子傳導性)
圖3.4.3(YDC在不同溫度下Y2O3濃度同為10.2mol%的MSD)
圖3.4.4(濃度為10.2 mol%時不同溫度的離子傳導性)
圖3.5.1(不同濃度的Ce-Ce徑向分佈函數)
圖3.5.2(不同濃度Ce-Ce的局部放大圖)
圖3.5.3(不同濃度的Y-Y徑向分佈函數)
圖3.5.4(不同濃度Y-Y的局部放大圖)
圖3.5.5(不同濃度的O-O徑向分佈函數)
圖3.5.6(不同濃度O-O的局部放大圖)
圖3.5.7(不同溫度下的O-O徑向分佈函數)
圖3.5.8(不同溫度下O-O的局部放大圖)
圖3.5.9(不同濃度的Ce-O徑向分佈函數)
圖3.5.10(不同濃度Ce-O的局部放大圖)
圖3.5.11(不同濃度的Y-O徑向分佈函數)
圖3.5.12(不同濃度Y-O的局部放大圖)
圖3.5.13(不同溫度下Ce-O的徑向分佈函數)
圖3.5.14(不同溫度下Y-O的徑向分佈函數)
圖3.5.15(當濃度10.2 mol%時的Ce-O與Y-O徑向分佈函數)
圖4.1.1(不同溫度下Y2O3濃度為10.2 mol%模擬與實驗比較圖)
圖4.1.2 (不同濃度下1273K 模擬與實驗比較圖)
圖4.1.3 (不同濃度下1023K模擬與實驗比較圖)
圖4.1.4 (不同濃度下1073K模擬與實驗比較圖)
圖4.1.5 (不同濃度下1173K模擬與實驗比較圖)

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