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研究生:吳振旗
研究生(外文):Chang,Chi,Wu
論文名稱:以水系電泳沉積法(EPD)製備微管狀固態氧化物燃料電池之微結構控制與電性行為
論文名稱(外文):Microstructure and Performance of Micro-tubular Solid Oxide Fuel Cells Made by Aqueous Electrophoretic Deposition
指導教授:程志賢
指導教授(外文):Jyh,Shiam,Cherng
口試委員:簡文鎮劉旭禎
口試委員(外文):Wen,Chen,ChienShiu-jen Liu
口試日期:2012-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:明志科技大學
系所名稱:材料工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:微管狀狀態氧化物燃料電池水系電泳沉積功率密度AC交流阻抗分析
外文關鍵詞:Micro tubular solid oxide fuel cellAqueous electrophoretic depositionAC-impedancePower density
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近年來固態氧化物燃料電池(SOFC)之發展趨勢朝降低操作溫度之方向發展,主要降低SOFC操作溫度的方法有二種,研發具有更高離子導電率之電解質材料,以取代目前具有優良之高溫穩定性及機械強度之釔安定氧化鋯,再者是利用薄膜製程製備固態電解質薄膜以降低電解質層電阻。

本研究水系電泳沉積法製備一陽極支撐之微管狀固態氧化物燃料電池,首先利用電泳沉積法在銅線電極上沉積多孔陽極層、 緻密電解質層和多孔陰極層之三層結構,而後經過脫模、乾燥、共燒等程序製備微管狀固態氧化物燃料電池,

本研究更改粉漿作法,並且對各層材料系統做懸浮特性之掌握,以及利用改變各層電極做顯微結構的精準控制,最後再取長度8mm的試片(8Y-CERMET/8YSZ/LSM) ,還原溫度800℃下,還原氣氛20%H2+N2(氣體流量50sccm/min) ,還原時間2hr,條件下量測功率密度(Power density)與AC交流阻抗(AC-Impedance)之分析,其功率密度由先前經驗之試片,0.34mW/cm2提升至363.82mW/cm2,而開路電壓也從0.3V提升至1.2V,電阻值也明顯下降。

本篇基於AC阻抗與I-V-P分析,探討不同之電解質層厚度電池管之電化學性能。

Recently,the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) are tending to be developed on the trend of low temperature . There are mainly two ways to lower is operation temperature:(1) to develop new electrolytic materials with higher ion conductivity to replace YSZ,which has excellent stability toward high temperature and fine mechanical intensity;(2) to produce solid electrolytic thin layer by using the thin layer manufacturing process to lower the resistance in electrolyte layer.
The process of these micro-tubular SOFCs included consecutive aqueous EPDs of a porous anode layer (Ni-YSZ), a dense electrolyte layer (YSZ), and a porous cathode layer (LSM) onto a thin wire electrode, followed by stripping, drying, and a single-step co-sintering.
The researcher further adapted the material system. In the monitor of the suspended characteristic on diverse material system, in the précised control in the change of different layers of the structure , and in the use of the 8 mm cell (8Y-CERMET/8YSZ/LSM) , under the condition of 800 reductive degree Celsius , 20%H2+N2 reductive atmosphere and 2 hours reductive time , to analyze power density an AC impedance . The power density increased form 0.34mW/cm2 on the basis of cell to 363.82 mW /cm2 . At the same, we can also observe that the OCV increased form 0.3V on the basis of cell to 1.2V.
The effects of the microstructural characteristics, especially that of the anode layer, on the electrochemical performance of such micro-tubular SOFCs were investigated and discussed based on the impedance and V-I-P analyses.

總目錄

明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 Ⅰ
明志科技大學碩士學位論文口試委員審定書 Ⅱ
明志科技大學學位論文授權書 Ⅲ
誌謝 Ⅳ
中文摘要 Ⅴ
英文摘要 Ⅵ
總目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 Ⅸ
第一章 緒 論 1
1-1 前言 1
1-1-1 燃料電池 1
1-2 研究動機 3
第二章 原理與文獻回顧 4
2-1 燃料電池簡介 4
2-2 固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell) 6
2-2-1 SOFC 之電池元件 7
2-3膠體懸浮介紹 9
2-3-1膠體表面電荷來源 9
2-3-2電雙層(The Electric Double Layer)理論 10
2-3-3分散機制與D.L.V.O.理論 11
2-4電泳沉積(Electrophoresis Deposition) 14
2-4-1膠體電荷動力學及電泳沉積概論 14
2-4-2電泳沉積機制文獻回顧 15
2-4-3 沉積動力學文獻回顧 17
2-5電泳沉積之原理 21
2-6 AC-Impedance交流阻抗電化學特性測試 22
2-6-1 交流阻抗原理分析 22
2-7 固態電解質之EIS應用 29
第三章 實驗方法 33
3-1實驗流程 34
3-2 水系電泳沉積 34
3-2-1 粉漿的製備(陽極層YSZ-NiO) 34
3-2-2 粉漿的製備(電解質層YSZ) 35
3-2-3粉漿的製備(陰極層LSM) 36
3-2-4電泳沉積製程 36
3-3粉漿懸浮性質的量測 37
3-3-1 zeta potential與分層高度之量測 37
3-3-2 SEM分析 39
3-3-3 EDS分析 40
3-4單電池發電效益(Power density)之測量 40
第四章 結果與討論 41
4-1 粉漿懸浮性質 41
4-1-1陽極層(YSZ-NiO) 41
4-1-2電解質層(YSZ) 43
4-1-3陰極(LSM) 45
4-2 微管狀SOFC的沉積結果 47
4-3 微管狀固態氧化燃料電池之AC-Impedance探討 49
4-4 陽極層中Ni分佈的連續性之研究 50
4-5 改變粉漿方法量測顆粒大小以及沉降高度 51
4-6 藉由即時重量電泳微管狀SOFC的沉積結果 52
4-7 電泳沉積參數對孔隙率(Porosity)之影響 53
4-8 陽極層YSZ/NiO改變三種參數對孔隙率的控制 55
4-9 電解質層之AC-Impedance探討 57
4-10不同燒結溫度對電解質層之AC-Impedance探討 58
4-11不同燒結溫度對電解質層之EDS分析探討 60
4-12微管狀SOFC的沉積結果 62
4-13微管狀固態氧化燃料電池之AC-Impedance探討 63
4-14改變陽極層組成比例探討AC-Impedance與歐姆阻抗 65
4-15改變電解質層厚度比較探討AC-Impedance 67
4-16探討改變電解質層厚度之AC-Impedance 71
第五章 結論 74
5-1粉體懸浮性探討 74
5-2 改變粉漿製備方法 74
5-3 改變粉漿方法量測顆粒大小以及沉降高度 75
5-4 藉由即時重量電泳微管狀SOFC的沉積結果 75
5-5電泳沉積參數對孔隙率(Porosity)之影響 75
5-6電解質層之AC-Impedance探討 75
5-7不同燒結溫度對電解質層之AC-Impedance探討 75
5-8不同燒結溫度對電解質層之EDS分析探討 76
5-9 微管狀固態氧化燃料電池之AC-Impedance探討 76
5-10改變電解質層厚度之AC-Impedance探討 76
第六章 參考文獻 77

參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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