以田口方法探討材料合成與其性質表現以新式八元鈣鈦礦結構固態氧化物燃料電池陰極材料為例

Using Taguchi Method to Study Material Synthesis and Performance：A Case for Novel Perovskite Structure Cathode Materials of SOFC

邵泓翔(Hong-Siang Shao)

指導教授 ： 余炳盛

國立臺北科技大學/工程學院/資源工程研究所/碩士(2011年)

摘要

世界能源逐漸耗竭的背景下，新式能源的開發逐漸受到重視，而其中，固態氧化物燃料電池(SOFC)為極具潛力的一項新式能源應用方式。由於高溫工作環境常限制了電池發展，中溫型固態氧化物燃料電池(IT-SOFC)成為近期研發重點。在降低工作溫度的前提下，為了維持或提昇燃料電池的轉換效率，陰極材料的創新極為重要。由於前人合成SOFC陰極材料所使用元素種類繁多，故本研究將其加以統整，並以田口方法探討新式八元鈣鈦礦結構固態氧化物燃料電池La1-x-y-z Sr0.2-xBa0.2-ySm0.2-zFe1-m-n-kMn0.2-mCo0.2-nCu0.2-kO3-δ陰極材料之合成與其性質表現。以產物的過氧化氫的催化能力做為指標，在GM比2，燃燒膠體之前趨物水溶液pH值為2，產物煆燒溫度850℃、煆燒持溫時間3小時之參數所合成之La0.65Sr0.1Ba0.1Sm0.15Fe0.55Mn0.1Co0.3Cu0.05O3-δ材料，平均反應催化速率常數可達36.3×104(g-1s-1)，且產物平均粒徑在1~3μm。以導電能力做為指標，在GM比2，燃燒膠體之前趨物水溶液pH值為3，產物煆燒溫度900℃、煆燒持溫時間2小時之參數所合成之La0.55 Sr0.1Ba0.2Sm0.15Fe0.675Mn0.05Co0.075Cu0.2O3-δ材料，經田口實驗規劃，材料最高導電度在750℃下，可達 397.73 S/cm，且相對密度僅達55%。
本研究首度以GNP法成功合成出新式八元鈣鈦礦結構固態氧化物燃料電池La1-x-y-z Sr0.2-xBa0.2-ySm0.2-zFe1-m-n-kMn0.2-mCo0.2-nCu0.2-kO3-δ陰極材料，並藉由材料之過氧化氫催化能力、導電能力證實此材料極具成為中溫型固態氧化物燃料電池新式陰極材料之潛力。藉由本研究，顯示田口方法適用於新式材料之開發與性質探討，可供未來研究者在材料合成領域上做為參考。

關鍵字

田口方法 ； 甘胺酸燃燒法 ； 八元鈣鈦礦結構SOFC陰極材料

並列摘要

Because of the world energy exhausting, new energy and green energy issues gradually become valued, and the fuel cell is one link in this issue. In the past, high-temperature environment of solid oxide fuel cell limited the development of the cells, leading researchers in this field wishing to transfer the temperature into intermediate range, which means developing new types of Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cell (IT-SOFC).
Taguchi method is one of experimental method that promoted by many industries. This experimental planning method is developed by Genichi Taguch’s groups, using the unique Taguchi direct table to effectively simplify and refine experiments to achieve experimental purposes. Quality analysis and variance analysis trough the experimental results can obtain the optimum experimental parameters.
In this study, we succeed to synthesize a novel SOFC cathode La1-x-y-z Sr0.2-xBa0.2-ySm0.2-zFe1-m-n-kMn0.2-mCo0.2-nCu0.2-kO3-δ by Glycine-Nitrate Process. The composition of La0.55 Sr0.1Ba0.2Sm0.15Fe0.675Mn0.05Co0.075Cu0.2O3-δ give the highest conductivity 397 S/cm at 750℃ with only 55% relative density, and the composition of La0.65Sr0.1Ba0.1Sm0.15Fe0.55Mn0.1Co0.3Cu0.05O3-δ give the highest relaction rate 36.33×104(g-1s-1) by catalysis hydrogen peroxide.

並列關鍵字

Taguchi method ； Glycine Nitrate Process ； 8 elements cathode of SOFC

參考文獻

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